Proiectarea Tehnologiei de Foraj și a Constructiei unei Sonde Marine

1. Introducere în forajul offshore

În ciuda pronosticurilor asupra evoluţiei şi importanţei rezervoarelor de hidrocarburi, un lucru este cert: următorii 50 de ani vor fi dominaţi, din punct de vedere energetic, de petrol şi gaze (înaintea cărbunilor, energiei hidro, energiei nucleare ş.a.).

Rezervele sigure de petrol depăşesc, la ora actuală, 156 Gt (în figura 1.1 este prezentată repartiţia aproximativă a acestora pe glob). Se estimează că circa 50% dintre acestea sunt cantonate în câmpurile submarine. In aceste condiţii, pe viitor, fiecărui baril de ţiţei descoperit pe uscat ar trebui să-i corespundă doi barili descoperiţi pe fundul mării, dintre care unul în zone cu ape foarte adânci.

Repartiţia geografică (aproximativă) a rezervelor offshore de petrol este următoarea: Orientul Mijlociu - 49%; America de Sud - 23%; Europa Occidentală - 12%; Asia Pacifică - 7%>; Africa - 7%; America de Nord - 1,4 %; Europa de Est - 0,5%o (valoare discutabilă).

în perspectivă, direcţiile de acţiune în vederea descoperirii de noi rezerve de petrol sunt: forajul marin, forajul de mare adâncime, creşterea factorului de extracţie ce. Privitor la acest din urmă aspect, ratele de recuperare au următoarele valori aproximative:

• recuperare primară (depletare naturală): ce = 20%; costul: 0,1 - 1 $/baril;

• recuperare secundară (injecţie de apă, injecţie de gaz etc): ce = 30%; costul: 0,5 - 2 $/baril;

• recuperare terţiară (injecţii de soluţii emulsifiante sau gaze miscibile; procedee termice ş.a.): ce = 45%; costul: 5 - 15 $/baril.

Apărut în urmă cu peste şapte decenii, forajul marin a avut o arie de răspândire cu totul neînsemnată până în jurul anilor "50 din secolul trecut, când au început să se execute lucrări sistematice în ape cu adâncimi de peste 200 m. Totuşi, prima etapă - etapa de pionierat în construcţia platformelor de foraj - care s-a derulat în prima parte a secolului XX, a fost marcată de apariţia şi dezvoltarea platformelor fixe destinate forajului în apele puţin adânci, aferente unor lacuri din America de Nord şi cea de Sud, ca şi unor zone din Golful Mexic şi Oceanul Pacific. Etapa a doua - etapa de diversificare şi dezvoltare a platformelor de foraj - care a debutat după terminarea celui de-al doilea război mondial şi care continuă şi astăzi, a fost marcată de continuarea şi dezvoltarea platformelor fixe, respectiv de apariţia, diversificarea şi dezvoltarea platformelor mobile de foraj.

Primele platforme de foraj au fost construite la începutul secolului XX şi au servit, aşa cum am mai menţionat, forajului în zonele unor lacuri: Marile Lacuri şi Lacul Caddo din SUA, Lacul Maracaibo - Venezuela etc. Acestea, construite în totalitate din lemn, erau fixate prin piloni verticali pe fundul lacurilor, în ape puţin adânci, foarte aproape de mal şi asigurau, fiecare în parte, forarea unei singure sonde. Este primul tip de platformă platforma fixă.

Fig. 1 1. Repartiţia pe glob a rezervelor offshore sigure de petrol

În mod curios, momentul construirii primelor platforme de foraj nu este legat de începutul forajului marin propriu-zis pentru hidrocarburi, ci de plasarea unei instalaţii de foraj percutant în scopul unor lucrări de consolidare pe un dig din Canalul Sfânta Barbara, California, SUA.

Descoperirea, în deceniile trei şi patru din secolul trecut, de noi câmpuri petrolifere, depărtate de ţărm, a impus găsirea de soluţii constructive compatibile cu condiţiile de lucru din larg. Au apărut astfel primele platforme fixe propriu-zise din oţel, respectiv din beton. Totodată, în ultima parte a deceniului cinci şi în ultima parte a deceniului şase ale secolului XX s-au construit, pe lângă platformele fixe, şi primele tipuri de platforme mobile (submersibile, autoelevatoare, vase de foraj).

În anul 1950 a fost construită prima platformă submersibilă cu coloane verticale, capabilă să lucreze în apele cu adâncime mică ale Golfului Mexic. Ulterior, s-a construit prima platformă autoelevatoare sub forma unei barje prevăzute cu picioare verticale, prin intermediul cărora aceasta se sprijinea pe fundul mării.

Ultima parte a deceniului şase şi prima parte a deceniului şapte, din secolul trecut, au fost dominate atât de dezvoltarea, într-un ritm rapid, a construcţiei platformelor submersibile şi autoelevatoare, cât şi de cercetările întreprinse pentru găsirea unor soluţii viabile pentru vasele de foraj. Tot în această perioadă a apărut şi prototipul vasului de foraj modern, care oferă posibilitatea realizării puţurilor centrale, şi au fost construite primele platforme semisubmersibile.

Accelerarea ritmului de creştere a consumului mondial de petrol de la sfârşitul deceniului şapte al secolului XX a determinat din ce în ce mai mult luarea în calcul, de către specialişti, a trei condiţii de bază în realizarea platformelor de foraj:

• rezistenţă sporită la solicitări puternice, statice şi dinamice, în condiţii de lucru foarte ostile (vânt, valuri, curenţi marini, temperaturi foarte scăzute, prezenţa hidrogenului sulfurat etc);

• cost scăzut şi instalare facilă la locaţie;

• securitate şi siguranţă în exploatare.

Necesitatea exploatării eficiente a zăcămintelor bogate din câmpurile petrolifere submarine aflate în zone cu adâncimi de apă mai mari de 50 m a condus şi la perfecţionarea platformelor fixe din zăbrele tubulare. Soluţiile adoptate în acest sens au vizat atât structura de rezistenţă, cât şi instalaţia de foraj (dotarea cu turlă dinamică). S-au realizat astfel platforme de dimensiuni mijlocii, mari şi foarte mari echipate pentru foraj sau pentru foraj şi extracţie.