Специфика бурения морских скважин с надводным и подводным заканчиванием. Технология освоения морских скважин.

Скважины, пробуренные на шельфе, можно разделить на скважины с подводным заканчиванием и скважины с расположением на платформе. Платформенные скважины выполняются со всеми на­ружными клапанами и трубами, расположенными на самой платформе, что позволяет легко производить ремонт и эксплуатировать скважины. Эксплуатационные скважины с подводным заканчиванием тоже могут быть пробурены и оснащены клапанами и трубами, расположенными на морском дне. Они затем прикрепляются к основной платформе, но на некотором расстоянии от нее, где регуляторы клапанов и трубопроводы присоединяются к уже существующей инфраструктуре. Подводные скважины экономически эффективны в тех случаях, когда небольшие залежи углеводородов расположены поблизости от уже существующей инфраструктуры, но до которых трудно добраться с основной платформы, или же если все отверстия платформы уже задействованы для других скважин. На некоторых разрабатывающихся в настоящее время месторождениях почти исключительно используются только подводные скважины, прикрепленные к плавучей установке добычи и хранения при помощи S-образного трубопровода (стояка) высокого давления. Крупный и мелкий ремонт на подводных скважинах требует использования плавучей буровой установки. Это может означать прекращение добычи из упомянутой скважины и ожидание прибытия такой установки для выполнения ремонтных работ, что может привести к значительным потерям в добыче, а ремонт скважины, естественно, может оказаться слишком дорогим, поскольку плавучая буровая установка и ее техническое обеспечение обходятся дорого.

Метод разработки морских нефтяных месторождений с подводным расположением устьев скважины хотя и сложен, но обладает рядом преимуществ перед обычным способом надводного оборудования устьев.

Основным преимуществом этого метода является возможность ввода нефтяного месторождения в эксплуатацию очередями, что на практике ведет к ускоренному получению первой нефти. Пробурить с бурового судна несколько скважин, оборудовать их устья соответствующей подводной арматурой и ввести в эксплуатацию можно значительно быстрее, чем устанавливать дорогостоящую стационарную платформу, бурить с нее наклонно-направленные скважины, и лишь после этого ввести месторождение в эксплуатацию. Кроме того, метод разработки месторождения с подвод­ным расположением устьев скважин дает возможность выявить некоторые геолого-физические характеристики месторождения и эксплуатационные параметры на более ранней стадии разработки.

Вследствие сравнительно низких капитальных затрат метод может быть применен для разработки месторождений с небольшими запасами нефти, эксплуатация которых с обычных стационарных платформ является нерентабельной.

Преимуществом системы с подводным расположением устья является также защищенность всего оборудования, установленного на дне, от внешних погодных условий. Известно, что надводные стационарные платформы представляют значительную нави­гационную опасность, в то время как при установке оборудования под водой такая опасность практически отсутствует, устраняется также пожарная опасность.

Существенным недостатком систем с подводным расположением устья является трудность доступа к устьевому оборудованию, особенно при расположении последнего на большой глубине и при необходимости частых ремонтов скважин. Кроме того, недостатком считают необходимость использования труда опытных водолазов, умеющих работать на большой глубине.

Следует отметить, что ряд крупных зарубежных нефтяных фирм относится с известной осторожностью к методу разработки морских месторождений скважинами с подводным расположением устья, считая, что этот метод еще не вышел из опытной стадии или же что он применим только для отдельных изолированных сква­жин.

Под водой устьевое оборудование устанавливают на устьях отдельных вертикально пробуренных скважин или на устьях направленных скважин, пробуренных на ограниченной площади кустом.

Для управления устьевым оборудованием и манифольдными камерами применяются гидравлические или электрогидравлические системы. Управление каждой задвижкой осуществляется либо по отдельным линиям, идущим с обслуживающего судна, либо через единый распределительный блок.

Различают две системы подводной установки оборудования:

· с открытым расположением оборудования устья под водой;

· с закрытым оборудованием— «сухим» (атмосферным).

В системах открытого типа все устьевое оборудование находится под гидростатическим давлением, соответствующим глубине моря. В системах закрытого типа устьевое оборудование устанав­ливают в специальных погружных камерах, внутри которых со­храняется либо атмосферное, либо слегка повышенное давление. Системы с открытым расположением оборудования получили зна­чительно большее распространение, чем системы «сухого» типа. Монтаж, техническое обслуживание и ремонт оборудования открытых систем проводится манипуляторами или водолазами, а в закрытых системах — в атмосферных камерах, где операторы работают в обычной одежде. Арматура для установки на подводное устье скважины отличается от обычного как размерами, так и конструктивным решением. Подводно-устьевое оборудование является ключевым элементом буровых судов, которое обеспечивает связь устья морской скважины с буровым судном.

В состав современного комплекса подводно-устьевого оборудования входят:

- водоотделяющая колонна (морской буровой райзер);

- верхний комплект оборудования, соединенный с райзером и включающий: телескопический компенсатор, дивертор, гибкую муфту, систему натяжения райзера;

- нижний комплект оборудования райзера, в который входит: адаптер, гибкий узел, гидравлический соединитель райзера с блоком подводного противовыбросового оборудования, в состав которого также входит гидравлический соединитель с колонной головкой;

- системы контроля и управления превенторами блока противовыбросового оборудования, обеспечивающими защиту окружающей среды от выбросов нефти и газа, и гидравлическими соединителями для отсоединения райзера от блока противовыбросового оборудования при временном уходе судна с точки бурения или в аварийных ситуациях.

Морской буровой райзер — это водоотделяющая колонна, состоящая из соединенных между собой отдельных секций, служащая для связи подводного противовыбросового оборудования морской скважины с буровым судном на период проведения буровых работ.

Райзер изолирует скважину от окружающей среды, обеспечивает замкнутую циркуляцию бурового раствора, служит каналом для спуска в скважину бурильных и обсадных труб, геофизической аппаратуры, а также позволяет управлять элементами противовыбросового оборудования и соединителями через гидравлические и сервисные трубопроводные линии, проложенные по всей длине райзера.

По завершении бурения проводят комплекс работ, обеспечивающих промышленный приток нефти или газа в скважину, который принято называть опробованием разведочной скважины или освоением эксплуатационной скважины.

В процессе бурения и проходки различных по своим свойствам пластов используются различные буровые растворы, обладающие многообразными физико-химическими характеристиками. Поскольку конечной целью строительства скважин является добыча углеводородов с максимальной степенью их извлечения из продуктивного пласта, то необходимо четко и своевременно использовать буровые жидкости с известными свойствами, способствующими решению этой сложной задачи без загрязнения призабойной зоны. Процесс освоения скважин характеризуется непрерывным изменением плотности вертикального столба жидкости в скважине, что требует такого изменения плотности закачиваемого раствора, который, с одной стороны, не внедрялся бы в продуктивный пласт, т.е. не забивал бы поровое пространство призабойной зоны, с другой – не допускал бы превышения газонасыщенности восходящего (статического) столба, которое может повлечь за собой неуправляемое фонтанирование, т.е. выброс пластовой продукции из скважины.

В технологии освоения скважин существует несколько способов вызова притока, в результате которого постепенно очищается призабойная зона и нарастает добыча:

– снижение противодавления столба жидкости в скважине путем замены тяжелого бурового раствора на жидкость меньшей плотности, вплоть до использования специального бурового раствора (“жидкости заканчивания”), а иногда и нефти;

– закачка газа на забой, в результате которой при том же уровне столба жидкости снижается его плотность;

– снижение самого уровня жидкости в скважине путем свабирования – “тартания”, т.е. извлечения части жидкости с помощью желонок;

– в новых скважинах с ожидаемой фонтанной добычей снижение уровня путем поршневания (спуск плунжерного насоса под уровень жидкости), – метод, наиболее широко используемый в практике освоения морских скважин за рубежом.

Прежде всего, в морских условиях очень часто используется для освоения и последующей эксплуатации двухрядный лифт (подъемник), который комплектуется из НКТ разного диаметра (например, первый ряд трубами диаметром 144 мм, второй – диаметром 73 мм). Лифт позволяет более плавно изменять противодавление на пласт, причем первый ряд лифта – телескопический, т.е. выше располагается труба большего диаметра.

Кроме того, на скважинах с высоким пластовым давлением производят пакеровку затрубного пространства между эксплуатационной колонной и первым рядом двухрядного лифта; обычно пакеры рассчитываются на большой перепад давления, при котором используются высокопрочные обсадные трубы; после пакеровки их надежность проверяется опрессовкой.

В целом же, говоря об освоении скважин, следует отметить, что в процессе вызова притока, как, впрочем, и при эксплуатации скважин, проводятся исследовательские работы, цель которых выявление качества выполненных операций и характеристики притока (для нагнетательных и инжекционных скважин – их приемистости), определяемых депрессией давления в разных точках (в пласте, на забое, по стволу, на устье и т.д.) температурного режима, водопроявления и других показателей, а также стратификации геологических пластов, их мощности и свойств.

Уже многие годы изучение геологических пластов и их идентификацию осуществляют с помощью комплекса электрических измерений, что получило наименование электрокаротажной диаграммы, которая позволяет промысловым специалистам установить не только наглядную картину пластов, но и получить самую достоверную информацию о наличии нефти и газа, контролировать качество проходки (бурения) скважин и отдельных технологических операций, таких как цементирование, степень перфорации, наличие водопроявлений и т.д.

Современная технология каротажа, оснащенная телеметрическими приборами и компьютерными средствами, позволяет получить изображение ствола скважины и прискважинной зоны в реальном времени в процессе информации и наблюдать пласт во время формирования зоны проникновения, что особенно важно в работах по интенсификации скважин, т.е. в операциях, преследующих повышение объемов добычи. А в целом информация по ряду скважин, в особенности, расположенных по контуру нефтегазоносности, позволяет сформировать представление о продуктивности пласта для более целенаправленного осуществления разработки месторождения.

Применение вычислительной техники в управлении. Анализ современного состояния и тенденций развития систем автоматизированного управления. Анализ предметной области объектов управления и проектирования.

Традиционные приемы сбора, обработки и передачи информации становятся малоэффективными, а внедрение даже простейших средств техники управления сокращает на обработку документов время на 20–25%, а системное их применение увеличивает производительность управленческого труда в 3 раза. Кроме того, широкое использование различных технических средств позволяет осуществлять переход на качественно новый уровень управления, способствует эффективному решению многих управленческих задач, обеспечивает обработку информации в минимально короткие сроки. Широкое использование вычислительных машин и особенно персональных компьютеров и в информационных системах знаменует начало новой научно-технической революции, возрастанием роли информации как средства научной организации управления и контроля в целенаправленной деятельности менеджера. Функциональные возможности электронно-вычислительных машин (ЭВМ) обусловлены такими важными технико-эксплуатационными характеристиками, как:

- быстродействие, емкость и высокая пропускная способность устройств связи и сопряжения ЭВМ между собой;

- способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ;

- возможность подключения к каналам связи и к вычислительности;

- эксплуатационная надежность ЭВМ.

Применение электронной вычислительной техники, средств подготовки и передачи данных по каналам связи - объективный процесс, присущий современному уровню промышленного производства. Автоматизированные системы управления уже прошли стадию эксперимента и в настоящее время играют большую роль в повышении качества управления за счет расширения человеческих возможностей на базе ЭВМ, применения экономико-математических методов для оптимизации производственных решений. Применение электронной вычислительной техники в управлении дает возможность своевременно получать данные о ходе производственного процесса, обеспечивать информированность в нужный момент о состоянии используемых ресурсов, позволяет в короткий срок подготавливать различные варианты решений. Но самое главное - это не только своевременная реакция на возмущение, а возможность с помощью ЭВМ взаимно увязывать производственные процессы, улучшать планирование кооперируемых поставок, обеспечивать четкие межотраслевые связи. Применение электронной вычислительной техники в организационном проектировании создает возможности для ускорения обработки большого объема информации и подготовки различных вариантов проектных решений; использование режима активного диалога проектировщика с ЭВМ позволяет ему принимать все принципиальные решения.

Широкое применение современных средств вычислительной техники, внедрение в экономическую деятельность методов оптимизации и формализации ситуаций значительно изменили технологию информационного обеспечения управления. В современных условиях информационное обеспечение управления осуществляется с помощью автоматизированных систем управления (АСУ). Автоматизированная система управления (АСУ) — информационная система, предназначенная для автоматизированного осуществления управленческих процессов. Ввод в действие АСУ должен быть оправдан, т. е. должен приводить к полезным технико-экономическим, социальным или другим Результатам. В частности, использование автоматизированной системы управления позволяет добиться снижения численности управленческого персонала, повышения качества функционирования объекта управления и самого управления и т. д. К АСУ предъявляется ряд общих требований. В первую очередь, должна быть обеспечена совместимость элементов друг с другом, а также с автоматизированными системами, взаимосвязанными с данной АСУ. Автоматизированная система, должна быть приспособлена к модернизации, развитию и расширению с учетом будущих перспектив. АСУ должна иметь достаточную степень надежности для достижения установленных целей функционирования системы при заранее заданных условиях ее применения. Автоматизированная система управления должна обладать достаточной адаптивностью к изменениям условий ее использования. При этом степень изменения условий применения системы, как правило, специально оговаривается заранее. В АСУ должны быть предусмотрены контроль правильности выполнения автоматизируемых функций и диагностирование с указанием места, вида и причины возникновения нарушений правильности функционирования системы. В автоматизированной системе управления должны быть предусмотрены меры защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию объекта или системы управления, от случайных изменений и разрушения информации и программ, а также от несанкционированного вмешательства и утечки информации. Любая АСУ в процессе своей работы должна выполнять следующие функции:

— сбор, обработка и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т. п.) о состоянии объекта управления;

— выработка управляющих воздействий (программ, планов и т. д.);

— передача управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и контроль их передачи;

— реализация и контроль выполнения управляющих воздействий;

— обмен информацией (документами, сообщениями и т. п.) с другими связанными с ней автоматизированными системами.

Процесс конструирования базы данных (ее проектирования и реализации) состоит из последовательности преобразований модели данных одного уровня в модель данных другого уровня.

Последовательности преобразований модели данных:

-систематизация объектов реального мира;

-создание информационных структур, описывающих систему объектов реального мира;

-создание структуры данных, которая используется для представления информационных структур в базе данных и прикладных программах;

-представление структуры памяти, используемой для хранения структур данных.

Процесс проектирования базы данных включает три этапа.

Первый этап -анализ предметной области или этап концептуального проектирования. На этапе концептуального проектирования осуществляется сбор, анализ и редактирование требований к данным. Первым этапом проектирования БД любого типа является анализ предметной области, который заканчивается построением информационной структуры (концептуальной схемы). На данном этапе анализируются запросы пользователей, выбираются информационные объекты и их характеристики, которые предопределяют содержание проектируемой БД. На основе проведенного анализа структурируется предметная область. Анализ предметной области не зависит от программной и технической сред, в которых будет реализовываться БД.

Анализ предметной области целесообразно разбить на три фазы:

1) анализ требований и информационных потребностей;

2) выявление информационных объектов и связей между ними;

3) построение модели предметной области и проектирование схемы БД.

На этапе анализа концептуальных требований и информационных потребностей необходимо выполнить;

1) анализ требований пользователей к базе данных (концептуальных требований);

2) выявление имеющихся задач по обработке информации, которая должна быть представлена в базе данных (анализ приложений),

3) выявление перспективных задач (перспективных приложений);

4) документирование результатов анализа

Требования пользователей к разрабатываемой БД представляют собой список запросов с указанием их интенсивности и объемов данных. Эти сведения разработчики БД получают в диалоге с ее будущими пользователями. Здесь же выясняются требования к вводу, обновлению и корректировке информации Требования пользователей уточняются и дополняются при анализе имеющихся и перспективных задач.

Вторая фаза анализа предметной области состоит в выборе информационных объектов, задании необходимых свойств для каждого объекта, выявлении связей между объектами, определении ограничений, накладываемых на информационные объекты, типы связей между ними, характеристики информационных объектов.

Далее проектировщик пытается задать ограничения на объекты и их характеристики. Под ограничением целостности обычно понимают логические ограничения, накладываемые на данные. Ограничение целостности- это такое свойство, которое проектировщик задает для некоторого информационного объекта или его характери­стики, и которое должно сохраняться для каждого их состояния. Заключительная фаза анализа предметной области состоит в проектировании ее информационной структуры или концептуальной модели.

Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, пред­ставляющих интерес в, рассматриваемой предметной области (ПО) и выявляемых в результате анализа данных. Концептуальная модель применяется для структурирования предметной области с учетом информационных интересов пользователей системы. Она дает возможность систематизировать информационное содержание предметной области, позволяет как бы "подняться вверх" над ПО и увидеть ее отдельные элементы. При этом, уровень детализации зависит от выбранной модели. Концептуальная модель является представлением точки зрения пользователя на предметную область и не зависит ни от программного обеспечения СУБД, ни от технических решений. Концептуальная модель должна быть стабильной. Могут меняться прикладные программы, обрабатывающие данные, может меняться организация их физического хранения, концептуальная модель остается неизменной или увеличивается с целью включения дополнительных данных.