6.5. Шахтно-тоннельные и комбинированные системы

Морские месторождения нефти и газа, расположенные в аква­ториях со сравнительно мягкими природно-климатическими условиями (Каспийское, Азовское, Балтийское моря), осваивают с помощью апроби­рованных в мировой практике технических средств.

Между тем освоение залежей углеводородов арктического Севера и дальневосточных морей представляет собой чрезвычайно трудную зада­чу, обусловленную суровой ледовой обстановкой, сильными продолжи­тельными морозами, штормовыми и ураганными ветрами.

Выбор в качестве основного направления освоения запасов угле­водородов арктических морей, создание технических средств, аналогич­ных традиционным, но в ледостойком исполнении потребует значитель­ных капитальных вложений и строительства специализированных произ­водственных мощностей. В условиях арктического севера это является трудно разрешимой задачей и потребует длительного времени.

Поэтому целесообразно наряду с использованием существующей технологии и отработанных технических средств интенсифицировать на­учный поиск принципиально новых высокоэффективных решений по ос­воению арктического шельфа.

330

Одним из них, исключающих в значительной степени морскую специфику при разработке нефтегазовых месторождений, является шахтно-тоннельный способ, предложенный С.А. Оруджевым, А.И. Гриценко и Я.С. Мкртчаном. Он заключается в проведении вертикальных шахтных стволов на берегу водоема, проходке от них в направлении месторожде­ния транспортного, нефтегазового и вентиляционного тоннелей, сооруже­нии над залежами подземных галерей, связанных с ними, бурении из них скважин на продуктивные пласты и добыче нефти и газа с последующим их транспортированием по подземной системе тоннелей на земную по­верхность.

Подземную тоннельно-шахтную систему сооружают под дном мо­ря с помощью стандартных технических средств, применяемых при строительстве шахт, горных тоннелей и метрополитенов.

Использование шахтно-тоннельного способа разработки при ос­воении подводных месторождений, расположенных в шельфовой зоне арктических и дальневосточных морей Росси, позволит:

• исключить строительство морских ледостойких платформ итру­бопроводных коммуникаций в сложных морских условиях, стоимость ко­торых составляет более 2/3 суммарных капитальных вложений в обуст­ройство морских месторождений традиционным способом;

• использовать надежное стандартное сухопутное буровое, фон­танное и эксплуатационное оборудование, легко транспортируемое по тоннелям в галереи;

• создать условия (как на суше) с обеспечением в подземных гале­реях и тоннелях микроклимата, постоянного в течение всего года, и избе­жать трудностей, связанных с тяжелыми климатическими условиями Се­вера, для работы персонала и оборудования;

• повысить эффективность бурения, эксплуатации, технического контроля, ремонта и автоматизации производственных процессов за счет обеспечения круглогодичного ведения всех видов работ, включая снабже­ние и складирование, чему в морских условиях мешают погодные условия и ограниченные площади платформ, использования надежного стандарт­ного технологического оборудования, систем управления и технологиче­ских процессов;

• исключить возможность загрязнения моря и атмосферы в резуль­тате нефтегазодобычи и отказаться от дорогостоящих морских спецуста­новок, судов и спецслужб по борьбе с последствиями загрязнения и пожа­рами в суровых арктических условиях.

Однако для реализации шахтно-тоннельного способа требуется еще решить ряд научно-технических проблем, к которым прежде всего относится обеспечение безопасности персонала и работы всей подземной системы в процессе освоения месторождения, особенно в аварийных си­туациях (прорыва в систему воды, выбросов или открытых фонтанов неф­ти и газа, пожара, взрыва, землетрясения и т.п.).

331

Решающим фактором для использования шахтно-тоннельного спо­соба являются позитивные экономические показатели, а не технические трудности. Его экономическая эффективность при освоении нефтегазовых месторождений в шельфовых зонах арктических морей может быть дос­тигнута при минимальных капитальных вложениях в создание подземных систем. Для этого прежде всего в районе их сооружения необходимо изы­скать мощные пласты плотных глин или аргиллитов и алевритов, обла­дающих низкой водопроницаемостью и, следовательно, наиболее подхо­дящих для механизированной проходки тоннелей. Высокая скорость про­кладки и обустройства последних является главным показателем, опреде­ляющим экономическую эффективность данного способа и сроки строи­тельства. Скорости проходки в основном зависят от геологических усло­вий, так как с помощью современной техники можно достичь их значений до 2000 м/мес. При отсутствии благоприятных геологических условий рассматриваемый способ может оказаться нерентабельным или неоправ­данным по срокам реализации, что убедительно подтверждает опыт рабо­ты метро- и шахтостроя.

Для реализации шахтно-тоннельного способа не требуется созда­ния новых видов оборудования и технологий, он рассчитан на применение на всех этапах строительства системы и разработки месторождений отече­ственных, освоенных на производстве техники и технологий. Применение данного способа может ускорить освоение нефтяных и газовых месторо­ждений шельфа арктических и дальневосточных морей страны и решить вопрос, связанный с подготовкой и привлечением рабочих, инженерных и научных кадров.

Для обоснования технической возможности и экономической це­лесообразности применения шахтно-тоннельного способа для разработки морских нефтегазовых месторождений арктических и дальневосточных морей во ВНИИГАЗ впервые в 1979 г. был выполнен на стадии техниче­ского предложения проект шахтно-тоннельной разработки месторождения Одопту-море на северо-восточном шельфе о. Сахалин. В качестве соис­полнителей данного проекта приняли участие ведущие ученые и специа­листы различных организаций и предприятий.

Над аналогичными проектами ведут работы специалисты США (для месторождения Прадхо-Бей на шельфе Аляски) и Англии (для место­рождения Мирен Фарс в заливе Марей).

Северо-восточный шельф о. Сахалин был выбран в качестве пер­воочередного объекта разработки, а в перспективе его рассматривали как промышленный полигон для отработки техники и технологии шахтно-тоннельного способа по следующим соображениям:

- суровые климатические и ледовые условия на данной территории аналогичны условиям для нефтегазоносных шельфов арктических дальне­восточных морей России, что позволит на основе приобретенного опыта

332

на о. Сахалин более успешно и в короткие сроки решать задачу по их ос­воению;

• острая потребность нефти на Дальнем Востоке, где о. Сахалин является пока единственным нефтяным районом. В ближайшие годы он должен стать крупной топливно-энергетической базой;

• сахалинский шельф с точки зрения геологического строения и оценки нефтегазоносности наиболее изучен;

• месторождение Одопту-море расположено в 5 - 8 км от северо­восточного берега, имеет протяженность 28 км и общую площадь 270 км" при глубине моря в этом районе около 30 м.

Выполненные во ВНИИГАЗ расчеты показали, что применение шахтно-тоннельного способа технически осуществимо и экономически вы­годнее, чем использование традиционного освоения месторождений с по­мощью ледостойких платформ (на примере месторождения Одопту-море). Вместе с тем на данном месторождении имелись неблагоприятные геоло­гические условия для сооружения подземной системы - вся верхняя часть разреза до глубин 300 м лишена надежных водоупоров и соответствует зоне свободного водообмена с передачей гидростатического давления.

С учетом горно-геологических условий при проходке шахтных стволов и тоннелей рекомендована следующая принципиальная схема их расположения. Шахтный ствол было предложено прокладывать на глуби­ну 500-600 м, заканчивать в алевролито-глинистой пачке пород мощно­стью 30-35 м.

Тоннель, проходимый с уклоном 1 - 1°30', в своде структуры Одопту-море должен находиться на глубине 300-400 м ниже дна моря. При этом на протяжении последних 2 км его следует изолировать (перекрывать сверху) двумя алевролито-глинистыми разделами (водоупорами) общей мощностью 15-25 м. При таком положении тоннеля порядка 20-25 % его длины будет проходить в глинистых и алевролито-глинистых породах, которые обра­зуют пласты нормальной мощности более 5 м, а ещё 20-25 % длины в ма­ломощных пластах алевролито-глинистых отложений. Это позволит мак­симально уменьшить поступление воды в тоннель из-за их низкой водо­проницаемости.

Проводка тоннеля по данному варианту представляется ра­циональной также в связи с чем, что он будет находиться в более уплот­ненных (по сравнению с вышележащими) породах, обладающих пони­женной водообильностью.

Таким образом, сложные геологические условия (водообильность, малая мощность пластов, большая глубина залегания и т.п.), незначитель­ные запасы нефти и газа, а также большая площадь месторождения Одоп­ту-море и вместе с тем отсутствие других поблизости расположенных ме­сторождений на период составления проекта явились причинами времен­ного приостановления работ, по крайней мере, до открытия нового, более подходящего объекта для разработки.

333

Дальнейшее изучение природно-климатических и геологических особенностей северо-восточного шельфа о. Сахалин показало, что для этого региона нужен способ, менее зависящий от природных условий, чем шахтно-тоннельный.

Важнейшим фактором при разработке морских нефтегазовых ме­сторождений с помощью тоннельно-шахтного метода является обеспече­ние безопасного ведения работ. Особая опасность обусловливается вы­полнением всех операций в замкнутом пространстве, которое может за­полняться газом и нефтью при фонтанах, порывах труб и других авариях. В результате чего в помещениях возникают условия, непригодные для деятельности людей, и появляется возможность затопления системы, взрывов и пожаров.

Механические разрушения системы от землетрясений, волновых, ледовых и других воздействий исключаются уже самим конструктивным исполнением подземных систем. Поэтому основные усилия в аварийных ситуациях должны быть направлены на обеспечение безопасности персо­нала и эвакуации его на берег. Кроме того, необходимо оперативно орга­низовать воздействие на аварийную скважину, ликвидировать последст­вия происшедшего и обеспечить нормальное функционирование нефтегазопромысла.

Не менее важным является создание нормальных повседневных условий для работы персонала, что позволит исключить возможность воз­никновения аварийных ситуаций. Для этого в системе должны быть пре­дусмотрены вентиляция всех рабочих помещений и постоянный контроль за газосодержанием в воздухе, а также поддержание постоянной влажно­сти и температуры воздуха. Все электрооборудование технологических механизмов и транспорта имеет взрывобезопасное исполнение. Осущест­вляемые операторами наиболее ответственные процессы продублированы системой автоматики. За работой персонала и оборудования нужно преду­сматривать постоянный телеконтроль с берега, пульты управления меха­низмами в блок-модуле должны быть продублированы, вынесены в безо­пасные места и дистанционно управлять технологическими процессами. Все скважины необходимо оснащать при бурении комплектом противовыбросового оборудования.