Глава 5. Нефть на дне морей [1978 Риффо К. - Будущее

Эксплуатация минеральных ресурсов Мирового океана, несмотря на шумиху, поднятую вокруг этой проблемы, еще только начинается. Сегодня океан по-прежнему представляет собой огромные, еще не тронутые кладовые, наполненные пищей.

Перспективы освоения Мирового океана действительно многообещающи. Промышленность будет получать из океана сырье, причем масштабы его добычи будут все время возрастать; уловы рыбы и морепродуктов к концу века, т. е. на протяжении жизни одного поколения, увеличатся в 2 - 3 раза.

Но и современной океанологии мы уже обязаны одним поистине грандиозным - с экономической точки зрения - достижением; речь идет о добыче нефти с морского дна. Пусть сегодня доходы от морского нефтепромысла еще более чем в четыре раза уступают доходам от рыбного промысла, но зато темпы развития добычи нефти растут гораздо быстрее. И, вероятно, уже через десять лет стоимость полученного со дна морей жидкого топлива примерно сравняется со стоимостью всей продукции рыболовства. И это явление весьма симптоматично.

В мировой добыче нефти доля морских нефтепромыслов быстро увеличивается. Сегодня она составляет 19% от общей мировой добычи, а к 1985 г., как считают специалисты, достигнет 40%.

Высокие темпы увеличения добычи нефти со дна морей диктуются бурно растущими энергетическими потребностями человечества (в ближайшие 10 - 15 лет в промышленно развитых странах потребность в энергии должна удвоиться).

Конечно, проблема энергетического дефицита решается не только за счет нефти. Во многих странах мира большое внимание уделяется развитию атомной энергетики. И если в течение почти 20 лет число атомных электростанций росло медленно и по разным причинам они не отвечали тем надеждам, которые на них поначалу возлагались, то в дальнейшем произошел резкий скачок, что особенно наглядно видно на примере США, где на период 1970 - 1985 гг. запланировано в среднем ежегодно увеличивать мощность атомных электростанций на 33,5%...

Рост атомной энергетики планируют и европейские страны, хотя им сложнее решить вопросы радиационной безопасности, обеспечения ядерным топливом.

Как это ни удивительно, уголь по-прежнему остается и останется в перспективе одним из важнейших видов топлива. Значительно возрастет спрос и на природный газ. Только в СЩА в 1985 г. потребление природного газа возрастет на 50% по сравнению с 1970 г. Но удовлетворить этот спрос можно будет только с открытием новых месторождений газа. В общем энергетическом балансе постепенно уменьшится удельный вес электроэнергии, вырабатываемой гидростанциями.

Топливный дефицит вынуждает ученых искать новые виды энергетического сырья. Специалисты считают, что в 1980 - 1985 гг. приступят к промышленному внедрению подземной газификации угля, а также начнется широкое использование битуминозных песков и сланцев для получения жидкого топлива. Однако здесь еще предстоит преодолеть немало трудностей технического порядка.

Буровая установка на месторождении 'Закум' в Персидском заливе

И все же, по-видимому, в ближайшие годы основные усилия сосредоточатся на поисках новых месторождений нефти. Это чрезвычайно важная задача - ведь разведанных запасов нефти при современном уровне ее потребления хватит не более чем на 30 лет, т. е. только на жизнь одного поколения! Конечно, благодаря техническому прогрессу мы научимся и более полно отбирать нефть из нефтеносных пластов, и более экономично ее расходовать. Но известные нам запасы этого ценнейшего сырья все же ограничены.

Итак, нужно искать новые месторождения нефти, и в первую очередь там, где их разведка только начинается,- в Мировом океане.

Подводные запасы нефти

Впервые подводное бурение с нефтяной вышки производилось в 1933 г. на озере Маракайбо в Венесуэле. Затем, в 1936 г., такие же вышки появились и в Мексиканском заливе, где соорудили буровые площадки, соединенные с берегом деревянными эстакадами. Промышленная же эксплуатация подводных залежей нефти началась в 1938 г. у побережья штата Луизиана (США).

Систематическими поисками подводных нефтяных месторождений занялись значительно позже - в 1954 г. С тех пор во всем мире было пробурено около 10 000 морских нефтяных скважин.

Каковы же особенности добычи нефти со дна моря?

Прежде чем ответить на этот вопрос, скажем несколько слов о происхождении нефти. Принято считать, что образующие нефть углеводороды возникли в результате разложения бактериями органических остатков, веками накапливавшихся в осадочных породах. Миллионы лет назад остатки растений и животных, населявших теплые моря и болота, отлагались на дно, смешиваясь с песком и илом. Затем их слой за слоем покрывали осадки, образованные эрозией кристаллических пород; при этом осадки органического происхождения подвергались сильному сжатию.В условиях огромного давления, высокой температуры и отсутствия кислорода произошло превращение органических остатков в углеводороды. Скопившиеся в рыхлых породах продукты этого процесса сохранились до наших дней в тex районах, где покрывающие их породы были непроницаемыми и не подверглись разрушению при подвижках земной коры.

Месторождения нефти на суше и в море имеют одинаковое происхождение. Нередко "сухопутные" месторождения продолжаются и в море, уходя под его дно. Это становится понятным, если мы вспомним о трансгрессиях и регрессиях моря, во время которых существенно менялось положение береговой черты.

Следовательно, вероятность открытия нефти в осадочных породах на дне морей ничуть не меньше, чем вероятность ее открытия на суше. Многие перспективные в отношении нефти районы морского дна уже выявлены. Однако достаточно достоверных выводов о ее потенциальных запасах, о территориальном размещении месторождений в морях сделать еще нельзя. Разные исследователи дают различные оценки этих запасов. Но ожесточенная борьба за получение лицензий на право эксплуатации морских месторождений на континентальном шельфе уже идет. Значительные участки континентального шельфа уже отданы в концессию различным нефтяным компаниям, что приносит большой доход прибрежным государствам.

Из добываемой в море нефти 30% приходится на США (Мексиканский залив, штат Луизиана), 34% - на Венесуэлу и 26% - на государства Персидского залива.

Вероятно, вскоре изменится и география размещения эксплуатируемых подводных месторождений, и их доля в мировой добыче. Ведь подводная разведка нефти ведется во всем мире. Специалисты считают, что больше всего нефти с морского дна будет добываться в странах Персидского залива, на второе место выйдут Соединенные Штаты, оставив позади Венесуэлу.

В США самым перспективным в этом отношении районом считают Мексиканский залив. Причем если сейчас здесь ведется эксплуатация месторождений, расположенных на небольших глубинах, то вскоре начнется бурение за пределами 200-метровых глубин. Во всяком случае, концессии на такие участки дна уже проданы. Значительные запасы нефти обнаружены также на континентальном шельфе у берегов Калифорнии, в частности в проливе Санта-Барбара. Большие глубины, на которых они залегают, не позволяют развернуть добычу немедленно, однако она наверняка начнется в ближайшие несколько лет.

И, наконец, нельзя не упомянуть об арктической зоне Северной Америки - о континентальных шельфах Аляски и полуострова Лабрадор, где, вероятно, в скором времени будут найдены богатейшие нефтяные месторождения...

При разведке и эксплуатации морских нефтяных месторождений приходится решать не только те задачи, которые лежат в области техники,- приходится думать и о том, как предотвратить загрязнение окружающей среды. Увы, это далеко не всегда удается. Несколько лет назад при случайном взрыве на буровой вышке в проливе Санта-Барбара прорвало трубопроводы, и прекрасные калифорнийские пляжи покрылись слоем нефти. После этого случая правительство разработало ряд мер, призванных уменьшить вероятность подобных аварий. В частности, фирмам было предписано соблюдать строгие требования, предъявляемые к прочности трубопроводов, к качеству цемента, используемого в растворах при бурении, к контрольно-измерительной аппаратуре и т. д. Было также принято решение разработать средства удаления нефтяных пленок с поверхности моря и с пляжей. Соблюдение этих требований привело к удорожанию разведки и эксплуатации морских месторождений. Положение усугубилось еще и тем, что были увеличены и размеры страховых взносов... Если мы добавим к этому, что в 1969 г. на несколько месяцев была прекращена продажа лицензий на право эксплуатации участков шельфа, то станет понятно, какие трудные времена пришлось пережить нефтяной промышленности.

Буксировка плавучей буровой платформы 'Иль-де-Франс' из Амстердама в Дакар

Надвигающийся энергетический кризис, который особенно остро ощущается в США, вновь выдвинул на передний план задачу освоения подводных нефтяных месторождений. Поэтому следует ожидать, что в ближайшие годы их разведка и эксплуатация примут широкий размах.

Перспективные в отношении нефти районы континентального шельфа находятся также у берегов Гвианы, Бразилии и Аргентины. Ведется поиск нефти и на северо-западе Южной Америки - в Перу, Эквадоре, Колумбии.

Выходит на мировую арену и Африка. Специалисты предсказывают, что скоро на африканский континентальный шельф будет приходиться около 9% мировой добычи с морского дна. Не позднее 1975 г. французские компании наймут эксплуатацию месторождений "Эмерод" у берегов Конго, в Габоне на месторождении "Ангий" добыча морской нефти ведется уже с 1965 г. На очереди эксплуатация морских месторождений в Кабинде (Ангола), Габоне ("Грандэн"), Египте, Ливии, Тунисе, Марокко...

Но нигде не идет такая ожесточенная борьба за морские нефтяные концессии, нигде не ведется такими быстрыми темпами разведка месторождений, как на Дальнем Востоке. Американские, английские, японские, французские компании занимаются подводным бурением у берегов Явы, Суматры, Калимантана (Борнео), Новой Гвинеи, Новой Зеландии. Уже добывают нефть из подводных месторождений "Кингфиш" и "Халибут" (Бассов пролив) на шельфе Австралии. Через несколько лет эти месторождения будут удовлетворять 65% потребности Австралии в жидком топливе. Можно надеяться, что не пройдет и десяти лет, как тянущийся на многие тысячи километров и еще малоисследованный континентальный шельф Австралии принесет нам новые приятные сюрпризы.

Уже давно эксплуатируются нефтяные месторождения на Каспийском море в СССР. Длина стальных эстакад, протянувшихся от берега к буровым, достигает здесь сотен километров. Известно, что русские собираются провести экспериментальное подводное бурение на больших глубинах...

Упорно ведет поиск подводных месторождений на своем континентальном шельфе и Япония - промышленный гигант, до сих пор практически лишенный собственных источников жидкого топлива. Недавно с помощью сейсмоакустических исследований японцы выявили на своем шельфе ряд перспективных районов, а разведочное бурение показало, что там есть и крупные запасы нефти с незначительным содержанием серы - это весьма существенный для сохранения окружающей среды фактор. Возможно, что в будущем Японии удастся организовать добычу нефти с морского дна в промышленных масштабах, уменьшив тем самым свою зависимость от арабских стран и Ирана. Но это произойдет весьма нескоро.

Энергетические потребности Франции на 59% удовлетворяются за счет нефти. К 1975 г. этот показатель станет равным 68%. Цифры говорят сами за себя. А если учесть сложность взаимоотношений Франции с Алжиром, откуда поступает основная часть импортируемой нефти, возможность неожиданного прекращения поставок из других нефтедобывающих стран и очень незначительный собственный потенциал добычи нефти, то прогноз энергетической политики на ближайшие годы станет очевидным: надо расширять эксплуатацию других источников энергии, но прежде всего надо форсировать добычу нефти, в том числе и из подводных месторождений, собственными силами.

Французы уже располагают богатым арсеналом нефтеносных районов на континентальном шельфе, и список их может еще увеличиться. Но важнее всего заручиться техническими и финансовыми средствами для ведения разведки и эксплуатации нефтеносных пластов дна в тех районах, где французские компании уже получили концессии на нефтеносные участки континентального шельфа. А таких районов немало. Это Северное море, Бискайский залив, Гудзонов залив, Габон, Конго, Индонезия, Австралия, Калимантан, Мадагаскар, Мозамбик, Южная Африка, Ангола, Сенегал, Марокко, Рио-де-Оро, Гвиана, Аляска, Мальта, Персидский залив, Красное море, Мексиканский залив и т. д.

Наибольшие выгоды обещает добыча нефти в Северном море, где прибрежным странам удалось договориться о разделе дна на национальные секторы.

В некоторых районах Северного моря еще только ведется разведка нефти и газа, в других, в том числе между Шотландией и Норвегией, уже открыты большие запасы и начата их эксплуатация. Кроме того, богатые месторождения природного газа были обнаружены в 1964 и 1968 гг. в английском секторе Северного моря.

Нефть на больших глубинах

Краткое описание процессов образования нефти, которое мы привели выше, основывалось на научных данных, полученных при изучении ее месторождений на суше и на континентальном шельфе, т. е. в зоне с глубинами до 200 м. Долгое время считалось, что нефть и газ не могут залегать под материковым склоном и тем более под ложем океана.

Однако в последние годы ряд ученых - геологов и геофизиков высказали предположение, что месторождения нефти должны находиться и на больших глубинах.

Эта точка зрения была подтверждена исследованиями, которые проводились экспедицией на американском научно-исследовательском судне "Гломар Челленджер". В 1969 г. это судно, принадлежащее Национальному научно-исследовательскому фонду США, выполняло программу глубоководного бурения и геолого-геофизических работ в Мексиканском заливе. И вот во время одной из станций, когда под килем "Гломара Челленджера" было 3400 м, его бур, пройдя сквозь толщу осадочных пород на дне и соляные купола, достиг нефтеносных пластов.

Широкая публика не заметила этого события. Но для науки оно имело исключительно важное значение.

Во время дальнейших исследований ложа Атлантического океана удалось выявить к западу от Гибралтарского пролива геологические структуры, сходные с обнаруженными в глубоководном нефтеносном районе Мексиканского залива...

А что если в них тоже есть нефть? Это вполне вероятно. Тогда это означает, что под ложем океана хранятся запасы жидкого топлива будущего!

Напомним, что некоторые современные геофизики, основываясь на теории расширения океанского дна, путем логических умозаключений давно уже пришли к мысли о наличии нефти на больших глубинах.

'Гломар Челленджер'

Сейсмический вертикальный разрез дна, на котором виден соляной купол. Средиземное море, глубина 4317 м

Геотектоника и дно Мирового океана

Не надо быть геологом, чтобы обратить внимание на удивительное совпадение очертаний берегов Южной Америки и Африки, Северной Америки и Европы. Может быть, когда-то все эти континенты составляли единое целое, а затем были оторваны друг от друга в результате геологических катаклизмов или под воздействием других причин?

Еще перед первой мировой войной А. Вегенер попытался ответить на зтот вопрос, выдвинув теорию дрейфа материков. Согласно его гипотезе, 200 млн. лет назад на нашей планете существовал единый праматерик - Пангея. В доказательство А. Вегенер привел целый ряд данных геологии, климатологии и палеонтологии. По мнению ученого, праматерик существовал миллионы лет, а затем по каким-то причинам распался на части - континенты. Гигантские плиты материков начали дрейфовать по верхней мантии Земли под действием сил, вызванных вращением планеты.

Гипотеза А. Вегенера в свое время была значительным шагом вперед в науке о нашей планете, но теперь мы знаем, что, предложив правильную общую идею, он в то же время неверно объяснил причины дрейфа материков.

Сейчас геофизики считают, что материки не просто перемещаются по поверхности неподвижной квазижидкой мантии, но что верхние слои самой мантии совершают движение подобно гигантскому раскручивающемуся рулону и что именно это движение и увлекает континенты, лежащие на этих слоях.

Отчего же движутся верхние слои мантии, как возникают эти "течения"?

Исследования последних лет позволяют сделать вывод, что это движение связано с тектоническими процессами, происходящими под ложем Мирового океана.

На дне океана возвышается система срединно-океанических хребтов, опоясывающих весь земной шар (их протяженность превышает 60 000 км). Вдоль гребней хребтов почти на всем их протяжении проходят -похожие на трещины разломы - так называемые рифтовые долины. Их ширина в среднем составляет 20 км, а глубина достигает 2000 - 3000 м.

Рифтовые долины - нестабильная зона земной коры, именно здесь-то и происходит расширение океанского дна. Изучение многочисленных землетрясений, происходящих вдоль этих долин, показывает, что окаймляющие их хребты раздвигаются. Долины при этом не становятся шире, так как их заполняют все новые и новые массы расплавленной породы, поднимающиеся из недр Земли. Все это объясняет относительную молодость океанского дна, что подтверждается и палеомагнитными исследованиями.

Каковы же последствия расширения океанского дна?

Во-первых, некоторые материки продолжают удаляться друг от друга (например, Америка от Африки и Европы). Во-вторых, поскольку Земля имеет шарообразную форму, расширение ее поверхности на ложе океана в одних районах приводит к сжатию в других. А это ведет к горообразованию и землетрясениям. Возможно, когда-то в результате подобных сжатий на побережьях праокеанов образовались горные хребты, в том числе и альпийско-гималайского пояса.

Если бы постоянное образование новых участков коры в результате извержения из недр расплавленных пород не сопровождалось каким-то обратным процессом, то объем нашей планеты непрерывно увеличивался бы. Однако оказывается, что в некоторых районах на границе океанов и суши, в так называемых океанических желобах, дрейфующие плиты земной коры разрушаются и поглощаются мантией. Такой процесс идет, в частности, у тихоокеанского побережья Южной Америки.

Вулканические бомбы на глубине 1850 м возле Азорских островов

Итак, мы видим, что многие тектонические процессы, охватывающие обширные географические районы, могут быть объяснены движением гигантских плит земной коры по верхней мантии.

Связав движение этих плит, закономерности которого начинают постепенно проясняться, с зонами вулканической активности вдоль срединно-океанических хребтов, с расположением поясов молодых гор и глубоководных океанических желобов, геофизики выдвинули и обосновали гипотезу дрейфующих материковых плит, получившую широкое научное признание.

Эта гипотеза объясняет многие тектонические процессы, которые ранее оставались неясными,- например, постоянные землетрясения в определенных районах, продолжающееся горообразование, появление новых островов и глубоководных желобов...

Новая теория заставила пересмотреть многие классические представления геологии, дав толчок дальнейшему развитию науки о Земле.

Не так просто добывать нефть со дна морей и океанов

Руководители нефтяных компаний - люди предприимчивые, готовые в случае необходимости пойти и на определенный финансовый риск. Кроме того, у них есть отличные геологи, которые давно уже установили наличие запасов нефти под дном океана, и есть превосходные инженеры, которые за последние годы пробурили на дне тысячи буровых скважин. Почему же так осторожно подходят нефтяники к освоению морских месторождений? Почему они предпочитают искать нефть в пустынях, в поясе вечной мерзлоты, в джунглях и только в последнюю очередь начинают искать ее в море?

Ответить на эти вопросы довольно легко: освоение подводных месторождений нефти осложняется специфическими трудностями, связанными с работой в море. Главные проблемы обусловлены необходимостью преодолевать мощный водный слой на пути к нефтяному месторождению, а также подвижностью этого слоя, связанной с волнами и течениями. А ведь плавучую буровую необходимо удержать строго на заданном месте, иначе произойдет авария. И точное определение этого места.- тоже проблема не из легких. Большую сложность представляют также осмотр и обслуживание бурового оборудования - особенно если оно установлено на больших глубинах - при нашем приблизительном знании характеристик дна в глубоководных районах. Кроме того, нужны средства и способы доставки людей на такие глубины.

Наконец, всегда приходится помнить, что море - это враждебная человеку стихия. Оно раздавливает, опрокидывает, уничтожает, разъедает творения рук человеческих, оно не дает легко себя покорить... Вспомним о сметенных штормовыми валами буровых платформах в Северном море и Мексиканском заливе, о затонувших вблизи норвежского побережья судах с грузами оборудования для морских нефтепромыслов, о разрушенном волнами гигантском резервуаре для нефти, обломки которого ушли на дно Бискайского залива. Немало можно было бы рассказать драматических историй, связанных с освоением нефтяных богатств моря,- и о человеческих жертвах, и о финансовых крахах...

'Жан Шарко', флагманское судно CNEXO, ведет сейсмическую разведку среди льдов

Вспомнив обо всем этом, мы поймем причины, которые заставляют осторожно подходить к освоению морских месторождений.

Степень риска, связанного с неожиданными капризами стихии, на море гораздо больше, чем на суше. Да и капитальные вложения должны быть более значительными, хотя прибыль может оказаться и ниже среднего для нефтяной промышленности уровня.

Но потребность в нефти, как мы уже говорили, растет. Поэтому нефтяники вступили в борьбу с морской стихией и научились не хуже профессиональных моряков справляться с ней.

В морском нефтепромысле сделаны лишь первые шаги, достигнуты лишь первые успехи. Привычные для суши методы бурения и эксплуатации скважин перенесены в новые условия - на море. Морская буровая техника все более совершенствуется, и некоторые ее достижения даже нашли применение на суше.

Эксплуатация подводных месторождений нефти

Разведка и подготовка к эксплуатации подводного нефтяного месторождения занимает длительное время, растягиваясь иногда на несколько лет. Мы уже говорили ранее, что, прежде чем приступить к разведочному бурению, нужно выбрать район, который, по геологическим прогнозам, перспективен на нефть.

Конкретные места для бурения определяются на основании геофизических исследований. Разумеется, анализ косвенных данных не может с такой же точностью гарантировать успешность поисков, как просачивающаяся на поверхность нефть где-нибудь в Техасе или на Ближнем Востоке. Но что делать, в наше время вероятность обнаружения нефти таким образом, "на глазок", чрезвычайно мала и на суше. Прошли времена, когда драгоценные источники открывали, вскапывая землю на собственном огороде...

Выбрав участок дна, начинают разведочное бурение. Геологи бурят грунт в нескольких точках. После лабораторного анализа поднятых кернов они оконтуривают месторождение и дают ему оценку, т. е. более точно определяют химический состав нефти, границы месторождения, предполагаемые запасы и их залегание по горизонтам.

После этого можно приступать к эксплуатационному бурению и креплению скважин, через которые нефть пойдет на поверхность. Добытая нефть проходит сепарацию, в процессе которой отделяются сопутствующие ей газ и вода, и затем по трубопроводам направляется на берег или в громадные резервуары-нефтехранилища, из которых ее периодически забирают танкеры.

Мы лишь вкратце остановились на разведке и эксплуатации морских месторождений нефти. В общих чертах все операции похожи на те, из которых состоит нефтепромысел на суше. Однако добыча нефти на море имеет ряд специфических особенностей.

Нефтеразведка

Пока что нефтеразведка ведется широко почти исключительно на континентальном шельфе, т. е. на глубинах менее 200 м. Единственное, наверное, исключение - район пролива Санта-Барбара у берегов Калифорнии.

Что определяет выбор района для проведения разведочных работ?

Прежде всего если на суше, вблизи от побережья, имеется нефтяное месторождение, то нужно проследить, не уходит ли оно в сторону моря. Если это так, то можно надеяться, что разведка принесет желанные плоды.

Кроме того, следует учитывать характер структуры донных осадочных пород. Можно также выбирать район, где целесообразно проводить разведочные работы, и на основании накопленного опыта разведки нефтяных месторождений, на основании проб грунта (картирования) и геологических особенностей обследуемого участка.

Например, в США начали сейчас вести нефтеразведку на шельфе штатов Мэн и Мэриленд (северо-восточное побережье США, глубины от 90 до 500 м), исходя из геологической общности этого района с шельфом у берегов Новой Шотландии и Ньюфаундленда (Канада), на котором была обнаружена нефть. Правда, не надо думать, что в таких случаях поиск всегда сразу же приносит удачу: канадцы пробурили уже тринадцать скважин, но до сих пор не нашли месторождений, добыча нефти из которых могла бы быть рентабельной.

Мы уже упоминали, что наука о Земле благодаря оригинальным теориям, получившим признание в последние годы и позволяющим восстановить геологическую эволюцию земного шара за 200 млн. лет, дает возможность по-новому подойти к ряду проблем геологии. Так, исходя из теории расширения дна океанов, можно сделать вывод, что если выявлены нефтяные месторождения на материковом склоне Европы, то существует и вероятность обнаружения их на дне близ полуострова Лабрадор в Северной Америке: оба района месторождений нефти окажутся симметричны относительно срединно-океанического хребта в Атлантике. Исходя из этих соображений, сейчас ведут поиск нефти у берегов Лабрадора.

Сейсмическая разведка на суше

'Флексишок'. Новая аппаратура, предназначенная для морской сейсморазведки

Морские сейсморазведочные работы, проводящиеся методом 'Флексотин' (французский Институт нефти). Слабые заряды взрываются под поверхностью воды внутри стальной сферы. Приемное устройство также буксируется судном

Сейсмическая разведка в море

Между прочим понятие о "геологической симметрии" общепризнано уже давно; теория расширения дна в этом случае, как и во многих других, подтвердила и обосновала уже установленные факты.

Итак, район для ведения разведки выбран. Какими же методами и средствами ее вести? Наиболее эффективны сейсмоакустические исследования. Их сущность проста и хорошо известна. С поверхности в сторону грунта излучается серия акустических сигналов. Отразившиеся от границ раздела между слоями донных пород акустические волны регистрируются сейсмографом. Определяя время, прошедшее между посылкой и регистрацией сигнала, получают представление о структуре донных пород.

На суше для проведения сейсморазведки бурят шурфы, в которые потом закладывают взрывчатку. Серия взрывов и служит источником акустических колебаний. Наземные сейсмические исследования достаточно трудоемки и занимают много времени. В течение рабочего дня специализированная группа сейсмической разведки может сделать разрез не более чем 10-километрового участка.

На море сейсмические исследования можно проводить гораздо быстрее. Акустическое зондирование ведется непрерывно во время движения судна и требует в пять раз меньших затрат на единицу обследуемой площади, чем на суше.

Еще недавно для создания акустических колебаний использовались мощные заряды взрывчатки. Естественно, что это вызывало протесты рыбаков. Ныне применяются новые источники акустических колебаний, о которых мы еще расскажем ниже.

Эффективность метода сейсмической разведки способствует ее широкому применению. Более 75 стран мира ведут исследования дна при помощи сейсмической аппаратуры. Но площади океанского дна так велики, что мы еще не скоро получим достаточно полные данные о структуре и характере пород, залегающих под ним. Один американский геолог даже подсчитал, что на обследование одного только континентального шельфа Мирового океана потребуется 120 лет! Впрочем, мы не ручаемся за полную достоверность этой оценки.

Бурение

Итак, мы видели, что морская нефтеразведка имеет целый ряд существенных преимуществ по сравнению с разведкой на суше. Но этим, к сожалению, и исчерпываются преимущества морского нефтепромысла перед "сухопутным". Все становится значительно сложнее уже при переходе к стадии бурения подводных скважин.

Суть процесса бурения скважин состоит в том, чтобы с помощью бурового долота проникнуть в недра Земли, порой на глубину в несколько тысяч метров. Буровое долото жестко связано с системой стальных штанг, наращиваемых по мере увеличения глубины. Вращающаяся площадка, в которой последовательно зажимаются наращиваемые штанги, сообщает всей системе вращательное движение. Отсюда и название метода - "вращательное бурение". Между стенками скважины и штангами постоянно циркулирует буровой раствор, назначение которого состоит в том, чтобы закреплять стенки скважины, уравновешивать давление пересекаемых при бурении грунтовых потоков, обеспечивать вынос на поверхность бурового шламма и охлаждать буровой инструмент.

Для того чтобы вести бурение на поверхности моря, необходимо иметь соответствующее оборудование - буровую вышку, мощные источники энергии, запас бурового раствора, насосы, краны, запас труб и еще многое другое. Размещение и монтаж всего этого оборудования при подводном бурении - задача нелёгкая. Кроме того, нужно обеспечить стабильное положение всей буровой установки относительно дна как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, иначе произойдет авария. На море это неизмеримо сложнее, чем на суше.

Поэтому в первый период освоения морских месторождений нефти буровые площадки представляли собой стальные острова, связанные с берегом эстакадами. Наибольшее распространение подобные нефтепромыслы получили в США (Мексиканский залив), в Венесуэле и в СССР (Каспийское море). Однако стационарные вышки-острова можно строить лишь на относительно небольших глубинах.

Следующим шагом было создание буровых платформ, которые буксировались в нужную точку, где и устанавливались на месте с помощью выдвижных ног-опор, опирающихся на дно. Эти "ноги" - иногда их можно раздвинуть в стороны - делают платформу весьма устойчивой. Но и эти подвижные платформы не позволяют производить бурение на глубинах более 100 м. Правда, в США существуют проекты таких платформ, которые можно будет устанавливать на глубинах 150 - 200 м. По-видимому, это предельные глубины для буровых установок подобного типа.

Подвижные буровые платформы тяжелы и громоздки. Их вес и габариты находятся в прямой зависимости от глубин, на которые они рассчитаны. Опыт показал, что они зачастую не выдерживают ураганов (в Мексиканском заливе), а также сильных штормов (в Северном море).

Для работы на больших глубинах разработаны безопорные полупогружающиеся платформы, которые устанавливаются над глубинами в несколько тысяч метров с помощью глубоководных якорей.^* Как правило, такие платформы - вес их достигает 12 000 т! - буксируется к месту установки. Однако в последнее время в Японии начали строить самоходные платформы, гребные электродвигатели которых устанавливаются в размещенных под водой балластных цистернах (их общее водоизмещение около 1500 т - целая подводная лодка!).

^* (Платформа такой буровой установки жестко соединена с находящимися под ней горизонтальными балластными цистернами. При заполнении их осадка платформы достигает 20 - 30 м и центр тяжести установки значительно понижается. Благодаря этому полупогружающаяся платформа очень устойчива и мало подвержена влиянию волнения.- Прим. авт. )

Система глубоководных якорей не может обеспечить стабильное положение платформы в горизонтальной плоскости. Поэтому приходится оборудовать ее специальными системами для "динамической фиксации" в нужном положении относительно выбранной точки на дне. Такая фиксация достигается подруливающими устройствами, управляемыми специальной автоматической системой, которая непрерывно реагирует на внешние воздействия. Разумеется, одной из основных частей такой системы является ЭВМ, производящая необходимые расчеты.

Буровые коронки

Рабочая площадка буровой платформы. На снимке видна колонка буровых штанг, зажатая в захвате устройства, которое обеспечивает вращательное движение

Полупогружающиеся платформы с глубоководными якорями практически применяются на глубинах порядка 200 м. Одна из французских нефтяных компаний с 1969 г. успешно эксплуатирует буксируемую платформу "Пентагон-81". По ее заказу строится еще одна платформа - "Пентагон-82".

Безъякорная система глубоководного океанского бурения - буровое оборудование, установленное на борту судна,- применялась до сих пор только для исследовательских целей. Хотя такая буровая установка и не столь устойчива, как полупогружающаяся платформа, а также в большой степени зависит от погоды и волнения, зато она гораздо мобильнее. Правда, как показал опыт, затраты на бурение с такого специального судна оказываются выше, в частности из-за большей численности обслуживающего персонала.

Плавучая буровая платформа 'Нептун-1' во время буксировки

Буровому судну еще в большей степени, чем полупогружающейся платформе, необходима система динамической фиксации положения. Этот(метод применяется все чаще и чаще. Без него абсолютно не обойтись там, где бурение ведется на глубинах, превышающих 300-метровую отметку.

Французские ученые получили для подводного бурения новое отличное судно "Пеликан", спущенное на воду в августе 1971 г. Вот его технические данные: водоизмещение - 14 000 т, длина - 135 м, скорость - 14 узлов. Судно имеет систему динамической фиксации положения и может производить бурение на глубинах до 5000 м, причем его бур может проходить до 300 м породы. В постройке "Пеликана" активное участие принимала фирма "Тотал".

Платформа 'Пентагон-81'

Буровое судно 'Астрагал' у берегов Сенегала

'Теребл' - экспериментальное судно, принадлежащее Французскому институту нефти. На его борту испытывается новейшее оборудование, предназначенное для исследования дна океанов. Судно снабжено системой динамической фиксации положения. В средней его части установлено оборудование 'флексофораж', позволяющее производить отбор колонок на большой глубине с помощью гибкого кабеля, на конце которого закреплено электробуровое устройство (буровая колонка обычного типа здесь не нужна)

В марте 1972 г. "Пеликан" пробурил первую скважину.

Как не потерять свою скважину

Как и на суше, при бурении в море время от времени требуется заменять изнашивающиеся части долота. Для этого нужно поднять на поверхность, на буровую площадку, всю многосотметровую колонну труб. После того как все детали заменены, систему вновь начинают спускать ко дну моря. И тут возникает сложная задача: как попасть в устье уже пробуренной скважины? На стационарной буровой установке это не представляет особых трудностей - здесь глубины невелики, и трубы опускают при помощи специальных направляющих тросов. Кроме того, существенную помощь могут оказать легководолазы. Примерно так же ведутся эти работы и на плавучих буровых платформах или на судах с буровыми установками - если дело происходит на небольших глубинах. Заметим, кстати, что в таких работах просто незаменимы легководолазы - они могут быстро отсоединить кабели, помочь поднять со дна аппаратуру и т. д.

Но все значительно усложняется, когда бурение ведется на глубинах в сотни и даже тысячи метров. Здесь трудно наладить кабельную связь, и, самое главное, невозможно ее восстановить, если она нарушится. Платформа или судно не остаются неподвижно на одном месте, над входом в скважину - на них действуют ветер, течения и волнения, да и сама гигантская колонна труб не занимает строго вертикального положения, изгибаясь под действием указанных причин и собственного веса.

Поэтому долгое время считалось, что если поднять колонну труб из скважины, то ввести ее вновь в то же устье уже невозможно. Ведь попасть концом многокилометровой колонны в устье скважины - это все равно что в ночное время при ветре со скоростью 5 - 10 км/час пытаться опустить с вершины Эйфелевой башни соломинку трехсотметровой длины в фужер шампанского, стоящий у ее подножия (добавим, что соломинка, по аналогии с буровой колонной, должна быть составной)...

Схематическое изображение способа вторичного ввода колонки буровых труб в скважину. Судно оборудовано системой динамической фиксации положения. Нижний конец колонны буровых штанг с помощью гидроакустических приборов направляется в сторону специального металлического конуса, указывающего местоположение устья скважины

Подъем на борт вводного металлического конуса

И все же решить проблему было совершенно необходимо, поскольку невозможность замены долота ограничивала глубину бурения твердых коренных пород под дном океана. Поисками технического решения этой задачи занялись ученые США, Франции (IFP - Французский институт нефти; CFP - Французская нефтедобывающая компания) и ряда других стран.

Первыми достигли успеха американские специалисты. 14 июля 1970 г. с помощью этого оборудования был осуществлен вторичный ввод 3-километровой колонны буровых труб в специальный конус, обозначающий устье скважины. Этот эксперимент проводился с борта "Гломара Челленджера" в Атлантическом океане в 180 милях к юго-западу от Нью-Йорка.

Теперь расскажем о некоторых его технических деталях.

С прибытием "Гломара Челленджера" в назначенную точку на дно был опущен гидроакустический буй, при помощи которого в дальнейшем обеспечивалась динамическая фиксация положения судна.

На верхней кромке последней обсадной трубы закрепили вверх раструбом специальный металлический конус, диаметром 5 м и высотой 4 м. По краям конуса, на концах его радиусов, образующих стороны центральных углов в 120°, установили гидроакустические буи-ответчики. И затем началось бурение в соответствии с уже отработанным технологическим процессом, пока не понадобилось поднять на палубу долото для замены. Теперь предстояло самое главное - вновь опустить колонну труб в оставшийся на дне конус. Для решения этой задачи у долота закрепили гидроакустический приёмоизлучатель, работающий в ультразвуковом диапазоне, а на нижней части колонны труб - движители с гидравлическим приводом.

Гидроакустический приёмоизлучатель по команде, полученной по кабелю с борта судна, излучает в воду сигнал ультразвуковой частоты, приняв который, срабатывают гидроакустические буи-ответчики, установленные на конусе. Их сигналы в свою очередь улавливаются приёмоизлучателем, установленным у долота, и транслируются на судно на экран пульта управления. По команде оператора при помощи подруливающих устройств судна и ранее упомянутых движителей на колонне труб, конец колонны постепенно подводится к конусу, а затем вводится в него и долото. После того как трубы войдут в скважину, можно продолжать бурение.

Отличные результаты, достигнутые на судне "Гломар Челленджер", имеют важное значение. Теперь появилась возможность бурить глубокие скважины в коренных породах под дном океана, а это принесет новые данные геологам и геофизикам, а значит, позволит расширить и поиск нефти.^*

^* (Заметим, однако, что эксперимент на "Гломаре Челленджере" - всего лишь начало. Впереди еще предстоит очень большая работа по освоению соответствующих технологических процессов.- Прим. авт.)

Промышленная добыча нефти

После того как закончена стадия разведки подводного месторождения - определены его границы, дана оценка запасов и экономической целесообразности добычи нефти, можно приступать к промышленной эксплуатации.

Мы уже говорили о том, как сложно вести подводную разведку нефтяных месторождений. Но и эксплуатация их - дело весьма сложное. Течения и волнение, штормы и ураганы, толща воды, которая отделяет буровую установку от дна,- со всем этим приходится считаться, все это вносит свои, подчас непредвиденные коррективы в планы нефтяников. Океан есть океан.

Но совладать с ним - еще полдела. Кроме этого, надо надолго и прочно смонтировать сложные установки, обеспечив их высокую надежность и контроль за ними с поверхности. Создать соответствующую аппаратуру не так-то просто, особенно если учесть, что нужно исключить всякую вероятность загрязнения моря. Конечно, полностью предупредить аварийную ситуацию нельзя, но морские нефтяники должны уметь быстро и эффективно ликвидировать утечку нефти. Требования к охране окружающей среды становятся все строже!

Кроме того, нельзя забывать и о технике безопасности работ при подводном бурении, а это тесно связано опять-таки с надежностью и техническим уровнем используемого оборудования. Но как для того, чтобы разработать совершенные технические средства, так и для того, чтобы решить, какие именно следует принять меры безопасности, нужно хорошо знать особенности той среды, в которой ведется добыча нефти. Мы должны иметь как можно более полную информацию:

- о происхождении и структуре, механических и динамических свойствах грунтов, так как именно эти данные определяют условия сооружения I подводных конструкций буровых установок;

- об интенсивности и характере разрушающего воздействия морской воды и обитающих в ней биологических видов на прочность конструкций из различных материалов,

- о гидродинамическом воздействии на конструкции подводных сооружений, с учетом их габаритов, веса и формы.

Работа в море связана с целым рядом специфических особенностей. Волнение - одно из тех препятствий, с которыми постоянно приходится сталкиваться морякам и ученым

Какими должны быть морские нефтепромыслы?

Как известно, первые нефтепромыслы появились на суше. Неудивительно поэтому, что современные морские буровые представляют собой аналог "сухопутных" буровых. Они находятся на поверхности на закрепленных платформах, с которых и бурятся эксплуатационные скважины. Устья скважин тоже расположены над водой. Если с одной платформы ведется проходка нескольких скважин - так называемое кустовое наклонное бурение, то количество оборудования возрастает. Вес и габариты буровых платформ зависят также от того, на каких глубинах они устанавливаются. Например, установка, предназначенная для бурения на 100-метровой глубине, весит несколько тысяч тонн. Понятно, что транспортировка и монтаж такой буровой платформы обходится чуть ли не в ту же сумму, что и ее постройка...

Экономическая эффективность эксплуатации подводного месторождения в значительной степени зависит также от удаленности его от берега. Ведь чем дальше вынесена в море буровая платформа, тем больше протяженность нефтепроводов от нее до резервуаров на берегу, тем больше транспортные расходы на доставку людей и грузов.

Большинство современных морских буровых платформ находится относительно недалеко от берега, на малых глубинах. Так, в США 80% эксплуатируемых месторождений залегает в районах, где глубины не превышают 30 м. И лишь небольшое число вышек установлено на глубинах, близких к 100-метровой отметке. Правда, в ближайшем будущем намечается осваивать участки дна на глубинах 180 - 200 м.

Тем не менее даже на небольших глубинах прокладка нефтепроводов по дну представляет собой сложную техническую задачу. Плети труб опускаются на дно специальными баржами, имеющими на борту специальную трубоукладочную аппарель, запас труб и сварочный агрегат. С помощью сварочного агрегата по мере буксировки баржи по заданному маршруту постепенно наращивают длину нефтепровода.

Нефтепровод нужно укладывать так, чтобы не допустить значительного изгиба его участков. Поэтому заниматься укладкой труб можно только при слабом волнении, когда высота волны не более 2 - 3 м. Особую сложность представляет прокладка нефтепровода в районах дрейфующих льдов, например у берегов Аляски. Из-за дополнительных затрат в сложных климатических условиях расходы увеличиваются не менее чем в три раза.

Но вот монтаж буровой установки закончен, нефтепровод проложен, начинается эксплуатация месторождения. Теперь нужно обеспечить регулярный осмотр оборудования, его обслуживание и ремонт. Та часть оборудования, которая находится под водой на небольших глубинах, осматривается легководолазами. Мы еще расскажем об их работе. Здесь же только заметим, что конструкторы, создавая проекты морских буровых установок на основе их сухопутных аналогов, не учитывали, что люди, которым придется их обслуживать, будут работать в условиях невесомости и почти нулевой видимости.

Это было серьезным просчетом. Опыт эксплуатации подсказывает: при создании любых подводных сооружений непременно следует учитывать то, что их будут обслуживать легководолазы в специфических условиях морской среды. Тогда руководство нефтяных компаний не станет жаловаться на малую эффективность подводного труда.

Итак, мы рассмотрели основные характерные особенности эксплуатации морских нефтяных месторождений. Анализ показывает, что:

- добыча нефти ведется только с водной поверхности;

- разрабатываемые месторождения находятся, как правило, вблизи берегов;

- методы добычи нефти в районах с малыми глубинами освоены достаточно хорошо;

- методы эти неприемлемы в арктических районах;

- предельные глубины районов, где ведется добыча нефти из-под воды, сравнительно невелики - 150 - 200 м для Мексиканского залива и 120 - 150 м для Северного моря.

И, наконец, последнее - современные морские нефтедобывающие комплексы громоздки и дорогостоящи.

Нефтедобывающий комплекс, установленный в Персидском заливе над месторождением 'Закум'

Буровая платформа 'Адма Конструктор' во время работы на месторождении 'Умм Шейф'

Спуск в воду водолазного колокола с буровой платформы

С поверхности - на дно

Все вышесказанное заставило искать принципиально новые технические решения, которые в максимальной степени учитывали бы специфику подводной добычи нефти. И вот специалисты предложили отказаться от традиционных громоздких буровых площадок и перенести все необходимое для добычи нефти оборудование на дно. Осуществление такой идеи сулит большие выгоды: во-первых, отпадает необходимость в строительстве буровых площадок^*, что резко снизит затраты на добычу нефти; во-вторых, практически любые глубины становятся доступными для добычи нефти.

^* (Чем глубже залегает месторождение, тем больше вес буровой платформы. Платформа, предназначенная для добычи нефти с глубины 100 м, весит примерно столько же, сколько Эйфелева башня.- Прим. авт. )

Представители морской фауны 'обживают' подводные нефтепромыслы

На бумаге все это выглядит достаточно убедительно. Однако осуществить подобные предложения на деле удастся еще нескоро. Прежде предстоит решить целый ряд сложных технических задач. Так, нужно научиться монтировать на дне буровую установку, сепараторное устройство для отделения примешивающейся воды, резервуары для хранения нефти. Нужно смонтировать все части бурового нефтедобывающего комплекса в единое целое, наладить автоматическую работу установки и обеспечить доставку нефти на берег по трубопроводам или на борту танкеров.

Предположим, что всего этого удалось добиться и наш комплекс работает. Но как организовать осмотр и техническое обслуживание, ремонт и замену отдельных его узлов в течение тех 20 - 30 лет, на которые он рассчитан?

Специалисты предлагают разные способы обслуживания расположенных на дне устройств, но так или иначе в конечном счете все сводится к двум способам - либо этими работами занимается человек, либо управляемые на расстоянии или автономные автоматические устройства - так называемые роботы.

Человек обслуживает подводные нефтепромыслы

Чтобы человек мог обслуживать нефтедобывающее оборудование, работая под водой, можно использовать следующие виды подводной техники.

Водолазные скафандры различных типов позволяют человеку длительное время работать под водой - устанавливать оборудование, открывать при помощи специального инструмента вентили, заворачивать гайки и т. д. До недавнего времени все подводные работы осуществлялись водолазами. Производительность их труда можно несколько увеличить, соответствующим образом видоизменяя и совершенствуя оборудование, устанавливаемое на дно.

Однако существует и предел глубины, на которой водолаз может работать (вероятно, он составляет 600 - 700 м).

Погружение в подводном колоколе с давлением, равным забортному

Если опустить на находящийся на дне объект (например, на устье скважины) подводный колокол, давление в котором будет равно гидростатическому давлению окружающей среды, то человек может проводить необходимые работы, не надевая гидрокостюм и не пользуясь дыхательным аппаратом. Однако при этом он должен дышать специальной смесью, состав которой зависит от глубины погружения (азотно-кислородной или гелиево-кислородной). Так что и в этом случае возможности работы человека на глубине ограничены физиологическими причинами.

Погружение и работа при нормальном атмосферном давлении

Можно пойти и по другому пути - соорудить над буровой установкой такой подводный дом, в котором будет поддерживаться нормальное атмосферное давление. Таким образом, человек здесь будет работать, как на поверхности, совершенно не ощущая глубины. Но каким образом доставить обслуживающий персонал к подводному дому или вернуть его оттуда на поверхность?

Для этого придется использовать специальные подводные аппараты...

Забрав на поверхности пассажиров, подводный аппарат погружается ко дну, одновременно ведя поиск подводного нефтепромысла при помощи гидроакустической аппаратуры. Достигнув подводного дома-капсулы, аппарат герметически состыковывается с ним при помощи специального устройства. Перейдя в дом, инженеры и техники, прибывшие для осмотра или ремонта оборудования, приступают к своей работе.

Для проведения различных работ на дне, например для сварки, может потребоваться электроэнергия. Где ее взять? Одно из возможных решений - подача питания по кабелю, который также будет доставляться с поверхности автономным подводным аппаратом. Проект такого аппарата уже создан, и он даже получил уже звучное название - "Аргонавт". Аппарат - опять-таки ориентируясь с помощью гидроакустических приборов и телевизионных устройств - достигнет находящейся на дне капсулы и состыкуется с ней, после чего один из членов его экипажа подключит кабель к специальному разъему.

Проверяется надежность стыковки транспортной капсулы и установленного на дне подводного жилого дома

На первый взгляд, конечно, удобнее иметь на дне постоянный автономный источник энергии достаточной мощности. Однако воплотить эту идею в жизнь весьма непросто. Тут, как мы покажем далее, возникает ряд проблем.

Разумеется, из всех перечисленных вариантов обслуживания подводных нефтепромыслов оптимальный - дом-капсула, дающий человеку возможность работать при нормальном атмосферном давлении. Надо думать, что именно этому варианту будет отдано предпочтение, и к 2000-му году подводные нефтепромыслы будут представлять собой разбросанные здесь и там по дну капсулы, стоящие над устьями скважин, к которым периодически будут подплывать специальные аппараты с обслуживающим персоналом.

Но существуют и другие проекты подводных нефтепромыслов будущего.

При полной автоматизации человек не нужен

Один из них предусматривает полную автоматизацию технического обслуживания подводных объектов на дне океана. Суть этого проекта заключается в создании такого комплекса оборудования подводного нефтепромысла, все отдельные части которого состояли бы из взаимозаменяемых составных блоков-модулей.

Такое техническое решение открывает перспективы для полной автоматизации добычи нефти.

Когда авторы проектов предлагают заключать устья скважин в капсулы, в которых поддерживается нормальное атмосферное давление, то они не вносят ничего принципиально нового в сложившуюся систему технического обслуживания оборудования. Они лишь создают нормальные условия для обслуживающего персонала. В сущности, в этом случае просто делается попытка использовать для работы на дне океана те же методы, что и на поверхности.

Если же мы хотим полностью отказаться от участия человека в техническом обслуживании подводных нефтепромыслов, то нужно искать принципиально новые технические решения, которые позволили бы обеспечить как автономность всех находящихся на дне устройств, так и автоматический контроль их функционирования и возможность замены вышедших из строя блоков без вмешательства человека.

Добиться этого можно в том случае, если все нефтедобывающее оборудование будет состоять из блоков-модулей различного назначения. Схемы управления такими блоками должны либо действовать автоматически, либо принимать команды по телеметрическому каналу (кабельному или гидроакустическому), а также по запросу выдавать по этому же каналу необходимую информацию. Команды могут быть и простыми (скажем, закрыть или открыть вентиль), и сложными, скажем, намечающими целый ряд последовательных действий.

Для замены неисправных или выработавших свой расчетный ресурс блоков, вероятно, придется использовать роботы. Они будут направляться с поверхности и находить нужный объект на дне при помощи бортовых гидроакустических, навигационных и телевизионных систем.

После стыковки с подводным объектом по команде с пункта управления (по кабелю или по гидроакустическому каналу связи) робот отсоединит нужный блок, заменит его резервным, а неисправный модуль вынесет на поверхность. Очевидно, таким же образом, по заранее разработанному графику, роботы будут проверять отдельные узлы оборудования подводных нефтепромыслов.

Так будет выглядеть работа подводного аппарата по ремонту оборудования подводной скважины

По проекту, о котором мы рассказываем, нижний этаж сменных блоков-модулей, включающий устье скважины, состоит из самых надежных узлов с наибольшим сроком службы (может быть, часть из них вообще не будет подлежать замене). Блоки, расположенные этажом выше, могут иметь меньший срок службы - например пять лет - и подлежать контролю раз в полгода. Выше них будут находиться узлы, срок службы которых, скажем, два года - такие узлы должны контролироваться ежемесячно и т. д. Подобное расположение блоков-модулей облегчит автоматизацию технического обслуживания, контроль, замену и ремонт модулей.

...Существуют и другие проекты

Проект автоматизированной системы технического обслуживания; предусматривающий создание нефтедобывающего комплекса, оборудование которого должно состоять из типовых модулей, разработан инженерами международного концерна SEAL, объединяющего несколько нефтяных компаний ("Мобил ойл", "Бритиш петролеум", "Тотал", "Вестингауз", DEEP^*).

^* (DEEP в свою очередь объединяет 14 французских компаний, в число которых входят СОМЕХ, "Томсон CSF",SEP, "Мессажери Маритим", DORIS и др.- Прим. авт. )

Однако в ближайшее время этот проект вряд ли удастся осуществить. Поэтому специалисты SEAL разрабатывают сейчас промежуточный вариант - с меньшей степенью автоматизации технического обслуживания и с непосредственным участием людей в работах на объектах подводных нефтепромыслов. По этому варианту проекта, над устьем скважины и другим оборудованием будет находиться подводный дом с нормальным атмосферным давлением внутри. Обслуживающий персонал доставит в дом с поверхности самоходная капсула, представляющая собой нечто среднее между подводной лодкой и водолазным колоколом. SEAL намерен применить такую систему обслуживания на богатых нефтью подводных месторождениях.

Существует еще несколько проектов автоматизации управления и обслуживания подводных нефтепромыслов.

Компания ESSO (США) считает целесообразным располагать устья скважин по периметру квадрата со стороной около 20 м. Проект предусматривает периодический контроль и необходимое обслуживание каждой скважины и вспомогательного оборудования с помощью робота, передвигающегося по рельсам от одной скважины к другой.

С этой системой имеет много общего перекупленный концерном SEAL проект фирмы "Норд Америкен рокуэлл", принадлежащей нефтяной компании "Мобил ойл". Согласно проекту, скважины располагают по окружности. В центре ее находится подводный дом с нормальным атмосферным давлением внутри, где размещаются органы управления и контроля оборудования нефтепромысла. Когда понадобится проверить или отремонтировать оборудование, в дом будут доставляться с поверхности люди. Замену узлов в районе устьев скважин обеспечит дистанционно управляемый манипулятор.

Много общего с проектом концерна SEAL имеет проект фирмы "Локхид".

Разница между проектами заключается лишь в том, что по системе фирмы "Локхид" устье скважин устраивается по классическому образцу и над каждым устьем монтируется подводный дом. Этот метод используется на нефтяных месторождениях с большой производительностью в том случае, когда скважины находятся друг от друга на значительном расстоянии. Ниже мы расскажем о проекте фирмы "Локхид" несколько подробнее.

Схема расположения на дне оборудования скважины. Управление оборудованием осуществляется при помощи манипулятора, приводимого в действие по телеметрическому каналу с поверхности, или человеком из сферы, находящейся в центральной части изображенного комплекса

Система подводной нефтедобычи 'Локхид'. В нижней части снимка - сфера, в которой находится оборудование устья скважины, а над ней - капсула для доставки на дно обслуживающего персонала

Итак, существует несколько проектов создания нефтепромыслов на океанском дне. Естественно, возникает вопрос, как скоро они будут осуществлены.

Проекты эти удастся воплотить в жизнь только после того, как будет решен целый ряд технических проблем, а также получены необходимые для этого средства. На сегодняшний день подводные буровые установки, расположенные в пределах континентального шельфа, еще уступают установкам, работающим с водной поверхности. Нефтяные компании не решаются отказаться от апробированных технических приемов, даже если они представляют серьезные неудобства. Не так-то легко перейти на совершенно новый путь - ведь это связано с разными непредвиденными случайностями, которые неизбежно несет с собой разработка всего нового. Но эксплуатация месторождений, находящихся за пределами континентального шельфа, на больших глубинах, неизбежно повлечет за собой такой резкий переход.

Пройдет еще несколько лет, прежде чем будут отработаны и испытаны приемлемые для донных нефтепромыслов технические средства и соответствующие технологические процессы. Испытания оборудования уже идут. В Персидском заливе их проводит "Французская нефтяная компания" и "Бритиш петролеум". Готовится проверить новые технические средства фирма ELF у берегов Габона.

Проект фирмы "Локхид"

По проекту, разработанному фирмой "Локхид", над устьем каждой скважины устанавливается дом, за толстыми стальными стенами которого поддерживается нормальное атмосферное давление. От скважин по проложенным по дну трубопроводам нефть поступит на распределительную станцию, также защищенную от гидростатического давления герметичным куполом. Если расстояние до берега не слишком велико, то от станции нефть перекачивается по трубам большого диаметра прямо на нефтеперерабатывающие заводы или - если этот вариант окажется экономически невыгодным - поступает вначале в подводное хранилище. Из подводного резервуара нефть забирают танкеры.

Как будут организованы периодические осмотры оборудования скважин, и распределительных станций? Это будет выглядеть так. Специалистов перевозят в подводные дома на транспортной капсуле, которую доставит в район промысла обеспечивающее судно-носитель.

Судно-носитель подходит к бую, связанному с лебедкой, которая установлена в подводном доме, поставленном над устьем скважины или распределительной станции. За борт спускают транспортную капсулу, представляющую собой нечто вроде подводного колокола, который применяется в ВМС США для спасения экипажей подводных лодок. К капсуле подсоединяют гайдроп, который связывает буй с находящейся на дне лебедкой. По сигналу с поверхности лебедка начинает работать и подтягивает капсулу к люку шлюзовой камеры подводного дома. Проверив герметичность стыковки люка капсулы с люком шлюзовой камеры, люди переходят в подводный дом и приступают к работе.

Проект фирмы "Локхид" - не фантазия. Значительная часть технических средств, предусмотренных проектом, не только создана, но уже и прошла испытания. Так, в 1970 г. в районе Ванкувера (Канада) транспортная капсула проделала 40 тренировочных спусков на глубины от 50 до 300 м.

Специалисты фирмы "Локхид" полагают, что разработанная ими система эксплуатации подводных нефтяных месторождений в скором времени найдет широкое применение.

Подводные нефтехранилища

Постепенно будут осваиваться все более и более удаленные от берегов подводные месторождения. Но прежде придется решить нелегкие проблемы как с прокладкой трубопроводов по дну, так и с транспортировкой нефти в целом. Уже сейчас инженеры разрабатывают конструкции гибких нефтепроводов. Но, по всей видимости, перекачка нефти на большие расстояния окажется экономически невыгодным делом, и проблема будет решена по-иному - путем создания подводных или надводных нефтехранилищ различных конструкций.

Некоторые проекты нефтехранилищ уже воплощены в жизнь.

Стоящая на якоре плавучая платформа - нефтехранилище 'ELF-Океан' в Бискайском заливе

Нефтехранилище 'DORIS', предназначенное для Северного моря,- настоящий искусственный остров. Его строительство ведется в Норвегии

Более трех лет успешно используется в Бискайском заливе экспериментальный резервуар "ELF-Океан", представляющий собой громадную цилиндрическую башню. Башня крепится к лежащей на дне стальной плите специальным карданным устройством. Она удерживается на плаву в вертикальном положении благодаря балласту в нижней части и поплавкам, размещенным по ее ватерлинии. Пост управления и жилые помещения для обслуживающего персонала этого оригинального нефтехранилища находятся в надводной части. Подобные башни-резервуары хорошо себя зарекомендовали в районах с глубинами порядка 100 м.

Компанией строительных работ в Марселе осуществлен оригинальный проект нефтехранилища куполообразной формы. Купол, представляющий собой открытую снизу сферу, устанавливается на дне на сваях (иначе после заполнения нефтью он может всплыть под действием подъемной силы).

Следует упомянуть также о неудачной попытке использования огромного цилиндрического резервуара большого диаметра, изготовленного по проекту Балло из предварительно напряженного железобетона. Предполагалось, что резервуар будет удерживать на дне собственный вес. Однако при опускании экспериментального образца нефтехранилища на дно произошла авария, и обломки его бетонных конструкций скрылись в водах Бискайского залива.

Весьма надежным оказалось нефтехранилище, построенное в Персидском заливе компанией "Чикаго-Брайдж" (США).

Оно представляет собой гигантскую опрокинутую стальную воронку емкостью 80 000 куб. м. Так же, как нефтехранилище французской компании строительных работ, оно устанавливается на дне на сваях.

И, наконец, следует еще сказать о нефтехранилище, строительство которого завершает французская фирма DORIS по заказу компании "Филиппс Петролеум". Это нефтехранилище сооружено из предварительно напряженного железобетона. Оно представляет собой огромный параллелепипед, почти куб, с закругленными углами. Его высота равна 100 м, а каждая сторона основания 90 м.

Гигантский резервуар будет установлен на дне Северного моря (месторождение "Экофиск"). Нефть от расположенных вокруг вышек станет поступать по трубопроводам в резервуар, откуда ее будут брать танкеры, откачивая шлангами через промежуточное загрузочное устройство в виде буя.

В верхней части куба, выступающей над водой, разместятся служебные и жилые помещения. На крыше будет сооружена площадка для прилетающих из Норвегии вертолетов. Нефтехранилище - его можно смело назвать искусственным островом - намечено установить в одном из самых штормовых районов Мирового океана. Поэтому конструкторы предприняли меры для гашения качки от волнения, сделав корпус нефтехранилища двойным. В наружном корпусе проделано множество отверстий, напоминающих соты,- они-то и ослабляют силу ударов волн, поглощая их энергию, что особенно важно в период зимних штормов.

Надо думать, что в будущем число подобных нефтехранилищ в Северном море будет расти, если, конечно, предположения о богатых подводных нефтяных месторождениях оправдаются, а прокладка нефтепроводов окажется более сложным и дорогим делом, чем строительство нефтехранилищ.