W_Oceanotechnika.pdf

7/17/2019 W_Oceanotechnika.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/woceanotechnikapdf 1/14

POLITECHNIKA GDAŃSKA

WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKII OKR ĘTOWNICTWA

Zak ład Projektowania Okr ę tówi Obiektów Oceanotechnicznych

PROJEKTOWANIE OKRĘTÓW I OBIEKTÓWOCEANOTECHNICZNYCH

Materiały pomocnicze do wyk ładu

Studia zaoczne uzupełniają ce

Sem. 4

Mgr inż. Krzysztof Królak

Gdańsk, 2005



Plan wyk ładu

1. Charakterystyka morfologiczna wszechoceanu i skorupy ziemskiej2. Rejony wystę powania surowców i minerałów3. Technika prac wiertniczych wykonywanych z obiektów pływają cych

4.

Budowa otworu i przewodu wiertniczego5. Klasyfikacja środków technicznych eksploracji i eksploatacji mórz i oceanów6. Problemy techniczne oceanotechniki

Literatura:

1. Karlic S.: Zarys górnictwa morskiego, Wydawnictwo „Ślą sk”, Katowice 1983,2. Clauss G., Lehmann E., Östergaard C.: Offshore Srtuctures Vol. I Conceptual Design

and Hydromechanics, Springer-Verlag, New York 19923. Reddy D. V.. Arockiasamy M. ed.,: Offshore Structures Vol 1., Krieger Publishing

Company, Malabar Floryda 1992



1. Charakterystyka morfologiczna wszechoceanu iskorupy ziemskiej

Rys. Struktura skorupy ziemskiej [3].

Płaszcz ziemi stanowi 85% jej obję tości i nie jest zbadany pod wzglę dem własnościfizycznych i budowy. Skorupa ziemska „pływa” po powierzchni płaszcza ziemi. Struktur ę

skorupy ziemskiej przedstawia powyższy rysunek. Rozróżnia się część kontynentalną ogrubości ok. 35 km i część oceaniczną o grubości 6-12 km.

Rys. Brzeg kontynentalny [1]



Granica mię dzy częścią kontynentalną skorupy ziemskiej a częścią oceaniczną to tzw. brzegkontynentalny jego budowę przedstawia rys. poniżej.

Rys. Struktura brzegu kontynentalnego [7].

Na brzeg kontynentalny sk łada się szelf kontynentalny, zbudowany z bazaltów pokrytych

warstwą granitową i osadami (głównie lą dowymi) ma on głę bokość 0 - 200 m. Stokkontynentalny (200-2500 m) wraz z podnóżem. Poniżej 2500 m rozcią ga się dno właściwe,tzw. dno głę bokiego oceanu zbudowane z bazaltów pokrytych osadami morskimi.

Eksploracja kopalin płynnych i stałych metodami górnictwa morskiego obejmuje zasadniczocały wszechocean, jednak że najwię ksze rozmiary przybiera na szelfach wódkontynentalnych. Szelf kontynentalny to obszar, stykają cy się bezpośrednio z lą dem, jego

powierzchnia wynosi ok. 27,6 mln km2 a głę bokość od 200 do 600 m. Szelf kontynentalny jest płask ą równiną z łagodnym spadem od lą du, średnie nachylenie wynosi 0,07°.

Wszechocean zajmuje ok. 70% powierzchni kuli ziemskiej. Średnia głę bokość wszechoceanu

wynosi ok. 3800 m, gdzie średnia głę bokość lą du do ok. 840 m.Odwierty geologiczne dochodzą zaledwie do głę bokości wynoszą cej 0,15% promienia kuliziemskiej (R równikory = 6378 m).



2. Rejony występowania surowców i minerałów

Ropa naftowa powstaje w wyniku przeobrażenia szczą tków organicznych nagromadzonychw skałach osadowych, głównie pochodzenia morskiego. Procesy przemian substancji

organicznych w kerogen, a nastę pnie w ropę naftową , gaz ziemny i inne bituminy, zachodzą pod ciśnieniem skał nadk ładu, w podwyższonej temperaturze; niekiedy znaczną rolę w przebiegu tych procesów przypisuje się bakteriom. Ropa naftowa przemieszcza się (migruje) ze skał macierzystych (zwykle ilastych) ku górze; mechanizm tej migracji nie został dotą d w pełni wyjaśniony. Przemieszczanie się ropy naftowej możliwe jest tylko w skałachsilnie porowatych lub spę kanych (tzw. skały zbiornikowe lub kolektory); złoża ropy powstają w miejscach, gdzie skały te przykryte są od góry skałami nieprzepuszczalnymi (tzw. pułapkiropy naftowej), co uniemożliwia dalszą migrację ropy ku górze. Typowe pułapki ropynaftowej powstają w antyklinach, przy uskokach, przy słupach solnych, a tak że w soczewkachskał przepuszczalnych otoczonych skałami nieprzepuszczalnymi, pokazano je na poniższymrysunku.

Rys. Typowe pułapki ropy naftowej [3]



Szacowane, na rok 1892, światowe rezerwy ropy naftowej wynoszą ok. 100 miliardów ton agazu ziemnego 90 bilionów ton.Produkcja ropy naftowej i gazu ziemnego metodami górnictwa morskiego się ga ok. 20%światowej produkcji.

Rys. Światowe złoża morskie bogate w ropę naftową i gaz ziemny [7].

Rys. Światowy potencjał głę bokowodnych złóż morskich [4]



3. Technika prac wiertniczych wykonywanych z obiektówpływają cych

Istotne elementy platformy wiertniczej przedstawia poniższy rysunek. Odwiert wykonuje się metodą wiercenia obrotowego (w przeciwieństwie do np. wierceń udarowych). W osi przewodu wiertniczego ustawiona jest wieża wiertnicza (ang. derrick ), z której na systemiewielokr ążków, przewód wiertniczy opuszczany jest wgłą b otworu wiertniczego. Na przewód wiertniczysk ładają się głowica płuczkowa (ang. swivel), graniatka(ang. kelly), rura wiertnicza (ang. drill pipe) i świder(ang. drill bit ). Graniatka jest to grubościenna rura o

przekroju 4- lub 6-k ą tnym przez nią przenoszony jestmoment obrotowy ze stołu obrotowego (ang. rotary

tale) przez rury wiertnicze do świdra. Pr ę dkość

obrotowa świdra jest rzę du 50-100 obr/min. Stosuje się zwykle świdry gryzowe o zę bach różnej długości ikonfiguracji. W miar ę postę pu prac wiertniczych do

przewodu wiertniczego dodawane są kolejne odcinkirur wiertniczych. Z pok ładu platformy przewód wiertniczy zapuszczany jest do otworu przezkolumnę rynnową (ang. conductor, riser ).

Rys. Schemat urzą dzenia wiertniczego [8].

Wydobycie na pok ład platformy zwiercin, czyli fragmentów skał oderwanych przez świder zdna odwiertu, odbywa się dzię ki instalacji płuczki wiertniczej (ang. drilling mud ). Płuczkawiertnicza, przy pomocy pomp płuczkowych (ang. mud pumps), tłoczona jest z pr ę dkością

Rys. Świder gryzowy [5]



2 – 3 m3/min i ciśnieniem 150 – 200 bar poprzez głowicę płuczkową , graniatk ę , przewódwiertniczy do świdra na dnie otworu. Tam, z dysz umieszczonych w świdrze, wypływa do

przestrzeni pier ścieniowej wokół przewodu wiertniczego (z pr ę dkością rzę du 30 – 40 m/s) iunosi z sobą zwierciny w gór ę , przez kolumnę rynnową na pok ład platformy. Tam płuczka

przechodzi kolejne etapy oczyszczania przez sita wibracyjne (ang. shaker screen) zbiornik

osadowy (ang. mud tank ) sk ą d jest ponownie pompowana do instalacji. Podczas obiegu płuczka wiertnicza chłodzi i smaruje przewód wiertniczy i świder, zapobiega kruszeniu ścianotworu wiertniczego a zarazem przeciwdziała ciśnieniu górotworu i płynu złożowego.Wiercenie otworów głę bszych niż 30 – 100 m wymaga zabezpieczenia ich ścian ze wzglą duna możliwość uszkodzenia. W tym celu to otworu wiertniczego wprowadzana jest ruraok ładzinowa (ang. casing). Mię dzy nią a ściany otworu wiertniczego, przy pomocy płuczki,wtłaczany jest zaczyn cementowy, który po stężeniu zespala ją z podłożem. W miar ę postę pu

prac wiertniczych instaluje się kolejne rury ok ładzinowe o coraz mniejszych średnicach, np.:23”, 13 ⅝”, 9” i 7”.Podczas prac wiertniczych ważna jest kontrola poziomu płuczki w zbiornikach płuczkowych.Jeżeli poziom płuczki opada to oznacza, że jej część ucieka z obiegu, np. przedostaje się do

osadów skalnych. Jej brak może spowodować uszkodzenie przewodu wiertniczego, świdra,grozi przerwaniem prac wiertniczych. Jeżeli poziom płuczki w zbiornikach płuczkowych

podnosi się to świadczy o zwię kszeniu ciśnienia w strefie wiercenia i istnieniu zagrożeniaerupcji ropy, czy gazu. W sytuacji kiedy słup płuczki w przewodzie wiertniczym nie możezrównoważyć ciśnienia panują cego na dnie otworu jego wylot zostaje zabezpieczony blokiemgłowic przeciwwybuchowych (ang. blowout preventer, BOP).Po ukończeniu prac wiertniczych odwiert przygotowuje się do eksploatacji. W tym celu blokgłowic przeciwwybuchowych zamieniany jest na głowicę eksploatacyjną (ang. Christmas

Tree), rodzaj zaworu bezpieczeństwa zaprojektowanego na czas eksploatacji złoża. Nastę pniedokonuje się perforacji ścian odwiertu przy pomocy kontrolowanej detonacji ładunkówwybuchowych umieszczonych w obszarze złóż roponośnych.



4. Budowa otworu i przewodu wiertniczego

Rys. Budowa otworu wiertniczego [6]



Rys. Budowa przewodu wiertniczego [6]

1 – Tymczasowa płyta prowadnikowa, 2 – Stała płyta prowadnikowa, 3 – Blok głowic przeciwwybuchowych, 4 – Łą cznik kolumny rynnowej z rur ą ok ładzinową , 5 – Łą cznik przewodu płuczkowego z blokiem przeciwwybuchowym, 6 – Łą cznik podatny bloku przeciwwybuchowego z kolumną rynnową , 7 – Odcinek kolumny rynnowej, 8 – Łą cznikzatrzaskowy rur kolumny rynnowej, 9 – Łą cznik teleskopowy kolumny rynnowej z pok ładem

platformy, 10 – Przewód płuczkowy, 11, 12 – Pneumatyczny napinacz kolumny rynnowej13 – Lina prowadnikowa, 14 – Pneumatyczny napinacz liny prowadnikowej, 15 – Kabelinstalacji zdalnego sterowania, 16 – Komora dekompresji, 17 – Dzwon nurkowy, 18 – Pok ład

platformy 19 – Przewód wiertniczy.



5. Klasyfikacja środków technicznych eksploracji ieksploatacji mórz i oceanów

Podział środków technicznych pozyskiwania wę glowodorów ze złóż podmorskich prowadzić można w trzech obszarach:

1. Eksploracja złóż – jednostki wiertnicze. Ich praca polega na wykonaniu odwiertu/ów,wypróbowaniu złoża i zabezpieczeniu go. Po czym są (najczęściej) transportowane winne miejsce pracy, na nowe złoże. Do tej grupy należą :

Stacjonarne platformy wiertniczeRuchome jednostki wiertnicze:

Platforma samopodnośna (ang. jackup),Platforma zanurzalna (ang. submersible),Platforma półzanurzalna (ang. semisubmersible),

Statek wiertniczy (ang. drill ship).

2. Eksploatacja – jednostki wydobywcze. W tej grupie znajdują się jednostki nie posiadają ce własnych urzą dzeń wiertniczych, a mają ce na celu eksploatację założonego wcześniej odwiertu. Czę sto mają one możliwość wstę pnej przeróbkiropy/gazu, magazynowania oraz przeładunku wydobytych surowców na jednostki

pomocnicze. Do tej grupy należą :Stacjonarne platformy wydobywcze:

Stalowe (ang. jacket, rigid steel platform),Betonowe (ang. concrete gravity-based platform),Hybrydowe (ang. hybrid platform)

Ruchome jednostki wydobywcze:Platforma półzanurzalna (ang. semisubmersible),Platforma „cię gnowa” (ang. tension-leg platform),Platforma „kesonowa” (ang. spar platform),Platforma „wieżowa” (ang. guyed tower , compilant guyed tower ),Statek typu FPSO „wydobywczo-przetwórczo-magazynowo-terminalowy”(ang. floating production storage offloading).

3. Obsługa – jednostki pomocnicze wspomagają ce pracę powyżej wymienionych.Platforma pomocnicza (ang. drilling tender ),Holownik morski,Statek do uk ładania kabli,Tankowiec „wahadłowy” (ang. shuttle tanker),Serwisowiec platformy wiertniczej.

Ze wzglę du na rodzaj reakcji na obciążenia zewnę trzne jakim poddawane są urzą dzeniaoceanotechniczne wyróżnić można trzy typy konstrukcji :

Platformy stałe (ang. fixed platforms),Platformy podatne (ang. compilant platforms),Platformy pływają ce (ang. floating platforms).



Rys. Typowe konstrukcje oceanotechniczne eksploracji i eksploatacji złóż ropy naftowej igazu [2].



6. Problemy techniczne oceanotechniki

Rys. System urzą dzeń eksploatacji złoża ropy naftowej [2].

W_Oceanotechnika.pdf

Documents

Transcript of W_Oceanotechnika.pdf