Studiu Privind Exploatarea Unor Sonde Marine In Zona Arctica

Tema:

STUDIU PRIVIND EXPLOATAREA UNOR SONDE MARINE ÎN ZONA ARCTICĂ

Cuprins

CAPITOLUL I. Condiți climatice și amplasament al zonei Artice

Amplasarea zonei Artice

Conditii climatice ale zonei Artice

Vanturile

Temperatura

Curentii

Densitatea apei

Capitolul II.Geologia structuri

Capitolul III .Platforme marine

Istoria unor insule artificiale

Constructia unei insule artificiale

Capitolul IV. Optimizarea regimului de functionare

CAPITOLUL I

Condiți climatice și amplasament al zonei Artice

Amplasarea zonei Artice

Zona Arctică este o regiune a Pământului care cuprinde tot ceea ce se găsește în jurul Polului Nord și care se găsește la nord de Cercul Arctic. Pozițional geografic, este simetric opus regiuni Polului Sud, care se numește Antarctica. Oceanul Arctic este cel mai mic din cele cinci oceane, suprafața sa fiind de (14.090.000 de km2). Este delimitat de țărmurile nordice continentelor Europa și Asia (Siberia) și America de Nord, precum și de cele ale ale insulei Groenlanda. Comunică liber cu apele Oceanului Atlantic și numai printr-o îngustă strâmtoare cu Oceanul Pacific.

Țărmurile celor trei continente care îl marginesc sunt foarte crestate, rezultând numeroase peninsule, golfuri, estuare și fiorduri. Una din caracteristicile acestui ocean este aceea că nu are contact direct cu toate continentele care îl delimitează, ci prin intermediul marilor mărginașe. O altă caracteristică importantă a acestui ocean o constituie prezenta gheții în mai mult de jumătate din suprafața sa, pe timpul verii și peste trei pătrimi, în timpul iernii, este acoperită de o imensă calotă de gheață centrată pe Polul Nord.

Oceanul Arctic cuprinde toate mările din jurul Polului Nord și este mărginit de continente, aflându-se la nord de țărmurile nordice ale Canadei, Groenlandei, Norvegiei, Rusiei și ale Alaskcăi. De asemenea, Oceanul Arctic include si Arhipelagul Arctic Canadian, Golful Baffin, Marea Lincoln, Marea Groenlandei, Marea Albă, Marea Norvegiană, Marea Barents, Marea Kara, Marea Siberiei de Est, Marea Chukchi și Marea Beaufort.

Fig.1.1.Amplasarea geografica a zonei artică

La Polul Nord adâncimea este de 4.312 metri. În jurul bazinului polar se află o platformă continentală, frânta doar în zona dintre Groenlanda si Svalbard (Spitsbergen). Insulele din Arhipelagul Canadian se află pe acest platou continental: Marea Groenlandei, Estul Groenlandei, Golful Baffin și Vestul Groenlandei, toate au câte un bazin independent. Întru-un fel, Oceanul Arctic este un braț al Atlanticului.

1.2. Condiții climatice ale zonei Artice

Clima din regiunea arctică se caracterizează prin ierni lungi, reci și veri, răcoroase, scurte. Există o variabilitate climatică în zona arctică, datorită faptului că toate regiunile sunt supuse radiației solare atât vara cât și iarna. Unele părți ale regiunii arctice sunt acoperite de gheață pe tot parcursul anului, și aproape toate părțile din zona arctică perioade lungi sunt învelite cu o anumită formă de gheață la suprafață.

Oceanul Arctic are o climă polară aspră, influențată în tot cursul anului de mase de aer polar rece. Zona Oceanului Arctic este caracterizată prin temperaturi foarte scăzute, favorizînd formarea ghețurilor. Iarna temperatura aerului variază de la -32-36° C. Vara temperatura medie e 0-1º C. Cantitatea anuală de precipitații variază între 75 și 500 mm. Dinspre Oceanul Atlantic, sub acțiunea vînturilor de vest, în Oceanul Arctic pătrunde un șuvoi de apă caldă – Curentul Atlanticului de Nord. Aceasta ajunge pînă în Marea Norvegiei și în Marea Barenț, împlînzind clima lor într-atît încît mările nu îngheață. Datorită noilor informații obținute de la sateliți în ultimii ani, s-a ajuns la concluzia că extinderea gheții și a ghețarilor este mult mai mare decît s-a crezut în trecut. Zonele cu pericol de gheață se întîlnesc la latitudini mari peste 45-50°, dar s-au întîlnit sloiuri și ghețari și la latitudini mai mici, pîna la 35°.

Datorită climatului din zona arctică, acesta afecteza mediul marin care influențeză: temperatura si adâncimea apei; solul marin la nivelul liniei de mâl și în adâncime, viteza vântului, temperatura aerului, intensitatea valurilor, mareelor, furtunilor și curenților, prezența gheții (fixa sau plutitoare, iceberguri), cutremurele.

În Oceanul Arctic există o stratificare, care crește o data cu adâncimea, fenomen ce are un rol imporatant în formarea gheții. Astfel din cauza salinitătii apa îngheață la -1,8ºC, acesta fiind și punctul de maxima densitate, spre deosebire de apa dulce care este foarte densă la 4 ºC. Absența haloclinei din Oceanul Arctic ar duce la înghețarea întregii coloane de apă la -1,8ºC.Salinitatea medie a Oceanului Arctic este 32%.

Oceanul Arctic, cuprinde cea mai mare întindere de apă înghețată de la suprafață oceanelor Terrei,de aproximativ 11.000.000 km în timpul iernii și aproape 8.000 de km vara, deci trei pătrimi din suprafața sa, iarna, și mai mult de jumătate pe timpul verii. Suprafața oceanului este acoperită cu o imensa calotă de gheață aflată în zona polului nord dar a cărei limită sudică nu depășeste, decât în mările din nord-estul Asiei și în norc-vestul Americii la nord paralela de 77 latitudine nordică.

Crusta care apasă Oceanul Arctic cuprinde trei marii categorii de gheță:banchiza costieră, pack-ul și gheața polară. Banchiza costieră are o grosime de maxim 2 metri și se formează în fiecare an de-a lungul coastei și rămâne în locul unde s-a format, iar vara, dispare prin topire sau prin transportul sloiurilor spre larg de către vânt. Pack-ul este o gheață transportată departe de locul ei de origine de către curenți. Gheața polara este o gheață veche, statificată formată în decursul mai multor ani de grosimi de peste 2 metri.

Ninsoarea ajută la înghețarea apei prin răcire și prin furnizarea de nuclee pentru cristalele de gheata. Gheața se formează la început în apele puțin adânci din apropierea coastelor, în golfuri, strâmtori în care nu exista curenți și în regiunile în care salinitatea este scăzuta. Această gheață purtată în larg de vânt și curenți își continuă formarea în larg, în ape mai adânci, unde gheața care nu s-a topit în sezonul trecut trece prin acelasi proces. Gheața poate crește până la o grosime de 7-10 centimetri în primele 24 de ore, și înca de la 5 la 8 centimetri în urmatoarele 24 de ore. Gheața este un conductor slab de căldura și rata sa de formare scade apreciabil după ce primii 10-15 centimetri s-au format. Dacă este acoperită de zapadă se reduce mai mult conductivitatea acționând ca un izolator. Astfel grosimea gheții ajunge la 4,1 metri in aproximativ 4 ani de creștere normală.

Valurile

Prin definiție, valurile sunt forme pe care le ia suprafața apei sub acțiunea diferitelor forțe care imprimă particulelor lichide mișcări oscilatorii predominant vertical, fără transport de debit, valurile sunt provocate de impulsuri de presiune datorate, în special, vânturilor.

Stratul de la suprafața al mării se caracterizea prin valuri create în principal de vânt dar și de mișcarea navelor, mișcări ale fundului mării sau de maree, care se propagă pe distanțe mari. Valurile sunt caracterizate de următorii parametrii, înălțime, perioada respectivă, frecvență, lungime de undă, viteză, direcția de propagare a vâlurilor, spectrul valurilor.

Înălțimea valurilor reprezintă diferența între nivelurile suprafeței marii corespunzătoare unei creșteri și respectiv, văi ale valurilor succesive. Înălțimea semnificatiă a valurilor reprezintă înălțimea medie a primei treimi a celor mai înalte valuri.

Perioada valurilor reprezintă intervalul de timp necesar ca două creste succesive ale valurilor să treacă printr-un punct fix. Direcția de propagare a valurilor reprezintă direcția dinspre care se propaga valurile, mâsurată în sensul acelor de ceasornic, pornind de la Nord.

Pentru a descrie forța vântului și acțiunea acestuia asupra suprafeței mării Beaufort s-a stabilit o scară pentru a descrie intensitatea vânturilor în concordanță cu intensitatea furtunilor și cu starea mării.

În tabelul 1.1 se prezintă scara Beaufort pentru descrierea intensității vânturilor

Vânturile dominante ce se rotesc în zona circumpolară în sens invers acelor unui ceasornic, cât și mișcarea de rotație a pământului imprimă banchizei o deplasare continuă, numită derivă, a cărei direcție generală este dinspre țărmul de nord-est al Asiei spre regiunea Polului nord și apoi spre nordul mării Groelandei și insulele Spitsbergen. Antrenate de această mișcare, a cărei viteză este de 4-10 km pe zi, blocurile de gheață se unesc unele cu altele, ori se încalecă, dând întregii suprafețe un aspect haotic și formând deseori adevărate platouri de gheață de circa 600-800 km2, groase de 50-60m

1.4. Temperatura

Temperaturile din zona arctică, în luna ianuarie variază de la aproximativ -40 la 0 °C (-40 la 32 °F), iar temperaturile din timpul iernii pot scădea sub -50 ° C (-58 ° F) o mare parte din regiunea arctică. Temperaturile medii în luna iulie variază de la aproximativ -10 până la +10 ° C (14 până la 50 ° F), cu unele zone de teren de peste, ocazional, 30 °C (86 ° F), în timpul verii. Zona arctică este în mare măsură înconjurată de uscat. Ca atare, climatul de multe ori a regiunii arctice este moderat de apa oceanului, care nu poate avea o temperatură sub -2 °C (28 ° F).

În timpul iernii, această apă relativ caldă, deși acoperite de pachetul de gheață polară, păstrează Polul Nord de a fi cel mai rece loc în emisfera nordică, și este, de asemenea, parte din motivul pentru care Antarctica este mai rece decât regiunea arctică.

Ninsoarea ajuta la înghetarea apei prin răcire și prin furnizarea de nuclee pentru cristalele de gheață. Gheața se formează la început în apele puțin adânci din apropierea coastelor, în golfuri, strâmtori în care nu exista curenți și în regiunile în care salinitatea este scăzută. Această gheață purtată în larg de vânt și curenți își continuă formarea în larg, în ape mai adânci, unde gheața care nu s-a topit în sezonul trecut trece prin același proces. Gheața poate crește până la o grosime de 7-10 centimetri în primele 24 de ore, și înca de la 5 la 8 centimetri în următoarele 24 de ore. Gheața este un conductor slab de căldura și rata sa de formare scade apreciabil după ce primii 10-15 centimetri s-au format. Dacă este acoperită de zapadă se reduce mai mult conductivitatea acționând ca un izolator.

Astfel grosimea gheții ajunge la 4,1 metri în aproximativ 4 ani de creștere normală. Apa dulce îngheță la 00 C, dar prezența sării în apa face ca apa sa rămâna lichidă pâna se ajunge la o temperatură mai scăzută. Cu cât salinitatea este mai mare cu atât temperatura de îngheț e mai scăzută. Apa de mare cu o salinitate între 35și 1000 începe să înghețe doar la -1.90 C.

Formaținile de gheață sunt considerate cele mai mari periculoase pentru integritatea structural globală a unei platforme marine datorită forței de inerției mari cauzată de masa enormă precum și datorită profilului căpătat prin topire. În literature de specialitate, formațiunile de gheață se împart în straturi de gheață și iceberg-uri, clasificarea în funcție de masă și profil ambele formațiunile de gheață se împart în straturi de gheață și mase și profile datoare compoziției gheții, modului de topire, vitezei și direcției de deplasare, temperaturile apei și aerului și acțiunii curențiilor de aer și marini. Straturile de gheață sunt formațiuni cu dezvoltare pe orizontală, având grosimii de până la câții va metri de suprafețe de până la sute de km acesta pot fi comparate cu o calotă polară la scară redusă având unele caracteristici similar de formare.

1.5. Curenți

Curenții marini reprezintă mișcările orizontale ale particulelor de apă considerate în

general constante în timp la scara perioadei valurilor, dar a căror viteză și direcție pot varia

cu adâncimea apei.

Circulația pe suprafață, a apei și ghețurilor, este organizată în două sisteme: un imens ară redusă având unele caracteristici similar de formare.

1.5. Curenți

Curenții marini reprezintă mișcările orizontale ale particulelor de apă considerate în

general constante în timp la scara perioadei valurilor, dar a căror viteză și direcție pot varia

cu adâncimea apei.

Circulația pe suprafață, a apei și ghețurilor, este organizată în două sisteme: un imens turbion (Beaufort), cu rotație conformă acelor de ceasornic (afectează bazinul canadian); flux alungit, sinusoidal (Curentul Transportor), care pleacă din strâmtoarea Bering spre Siberia Orientală, trecând peste Polul Nord. Curentul transportor se scindează în două: o arteră se continuă spre vest și alimentează turbionul Beaufort; cel de-al doilea coboară în lungul Groenlandei și poartă numele de Curentul Est-Groenlandez.

1.6. Densitatea

În regiunea marină, apa de mare are o densitate mai mare de 1000kg/m³, variind în funcție de cantitatea de săruri dizolvate, temperatura si presiune. În general în mările închise, aceasta poate atinge valoarea de 1100 kg/m³. În oceanele și mările deschise densitatea apei de mare este adesea în jur de 1025 kg/m³. Diferențele de densitate în mările deschise și oceane sunt în principal legate de diferențele de temperatura care la rândul lor sunt în funcție de regiunea geografica și anotimpuri.

Apa dulce îngheță la 00C, dar prezența sării în apa face ca apa sa rămâna lichidă pâna se ajunge la o temperatură mai scăzută. Cu cât salinitatea este mai mare cu atât temperatura de îngheț e mai scăzută. Apa de mare cu o salinitate de între 35-1000 începe să înghețe doar la – 1.9 0 C.

Salinitatea poate influența rata de îngheț prin influența ei asupra densitații apei. Apa dulce se contractă la răcire. Dacă răcirea continuă, densitatea apei scade.

Datorită căldurii specifice mări a apei și a conductivitații termice reduse, apa pierde căldura încet, astfel încât temperatura de suprafață a unui volum mare de apa va întârzia în urma creșterii sau scăderii temperaturii aerului.

La îngheț, apa mării deține o salinitate de până la 10%. Contrar banchizei, icebergurile sunt alcătuite din apă dulce. Provin din ghețarii continentali. Sunt rare în Oceanul Arctic, fiind mai des întâlnite pe coastele ale insulelor Ellesmere și Groenlanda. De obicei, 70-80% din masa icebergurilor se află sub apă și restul la suprafață. Iceberg-urile sunt definite ca volume foarte mari de gheață provenite în general din calote polare caracterizate de forțe mari de inerție cu efecte distructive asupra oricărui tip de ambarcațiune sau stuctură, ce parcurg traiectorii imprevizibile imprimate de o sumă de factori ai mediului încojurăor și legați de propria lor structură. Iceberg-urile plutesc datorită densităților mai mici a gheții în raport cu apa de mare aproximativ 70 % din masa lor fiind imersată în apă.

CAPITOLUL II

Geologia structurii

. Carul geologic regional

Regiunea nordică a Alaskăi include mărginile continentale ale țărmului care pot fii divizate în doua zone cu zăcăminte de hidrocarburi, care conțin strate pe un fundament complex (Platforma Artică) și o zonă tănară nordică care conține strate în adâncul bazinului continental (bazinul Brookin). Zona de înclimare marcată în sud cu o zona de rift care dezlotă Jurasicul și Cretacicul.

Fig.2.1

Zăcămintele de petrol în marea Beaufort. Zona Platfomei Artice (Platforma Chuchi, Barrow și Platforma Outer Arctic ) sunt din punct de vedere geologic formate din mijlocul-paleozoicului și mijlocul meozoicului într-un fundament continental complex. Bazinele după desfacere de-a lungul margini contineatale (Nuwuk și bazinul Kaktovik II) conține secțiuni groase de cretacic sediment clastic terțiar sub prezenta platformei Beaufort. Bazinul Canadian (zona III) este bazinul Nordic oceanic al plaftomei Beaufort.

Fig 2.2

Conturul structuri fundamentului este format sediment franklinian. Fundamenutul complex este compus din devonian și paleozoic.

1.3. Stratigrafia

Stratigrafia Alaskăi de nord este divizată în patru segmente marcate de regiuni tectonice, de la celele mai vechi la cele mai tinere aceste sunt franklinian, ellesmerian ,rift și brookian. Fiecare dintre aceste zone de sedimentare are o zona unică de depozitare, ambianță și o structură caracteristică.

Franklinian

Diverse ansambluri foarte deformate cu grad scăzut de roci metamorfice, predominant litologice sedimentare și carbonatice în general constitute în fundamentalul nordic al Alaskăi. Acest fundament este format în jumatatea mijlocului timpului devonian. Aceste depozite se referă la formațiunea Neruokpuk în zona Brooks la fel de bine și sedimentele franklinian în zona artică arhipelagului Canadian.

Rocile cambriene și ordoviciane sunt întâlnte în partea Canadei și a Alaskăi fiind caracaterizate de depozite care inclund șisturi graptolite. Rocile din silurian și devonian sunt carbonatice. Sedimentele din geosinclinalul Frankinian a fost determinat de orogen și de depozitele Paleozoicului.

Secvențele Ellesmerian sunt formate din devonian si începutul cretacicului. Formaținuile conțin multe rezerve de hidrocarbonți în zona North Slope care este cea mai studiată zonă din Alaska. Primele depozite au apărut în devonian și misisipian, sedimentele clastice de vârstă orogenică care se găsesc în nordul bazinul Ikpikpuk și partea de nord Chucki .

Secțiunea Brookian (cretacic și pleiostocen) este cel mai gros și cel mai răspândit sediment pe o suprafață mare la fel de complex stratrigrafic și structural. Sunt estimate multe sedimente de roci clastice.

Fig2.3 Stratrigrafia Mării Beaufort

CAPITOLUL III

Platforme marine

3.1. Definirea și clasificarea platformelor marine din mediul Artic

Platformele marine sunt construcuții specifice industriei extractive formate dintr-o componență funcțională în obținerea producției, suprastructura, respectiv dintr-un ansamblu de susținere și fixare anex, substructuri. Construite de asemenea tuturor structurilor marine, acestea sunt transportate, ca o singură unitate sau pe principalele componente, pentru amplasarea temporară sau permanent în vederea exploatării unui zăcămant de țiței pe o locație caracterizată de o anumită adâncime a apei și anumite condiții ale mediului.

Suprastructura este definita ca platformă propriu-zisă ce constituie baza de montare a tuturor echipamentelor specific funcției sau funcțiilor unității. Aceasta este compusă din 1,2 sau mai multe punți pe care respectivele echipamente sunt dispuse având în vedere siguranța activităților și realizarea unui flux de producție și transport eficient.

Substructura reprezintă construcția bazală confecționată din oțel sau fier beton fixate de solul marin sau ancorată cu rolul principal de susținere și fixare a suprastructurii.

Exploatările marine ale zacămintelor de tiței în zonele arctice ridică o serie de condiții vitrege ale mediului marin dintre care cele mai importante sunt prezența ghețarilor și a plăcilor de gheață, temperaturile scăzute ale apei și aerului, furtuni de zăpadă, fenomenul de înghețare a spray-ului, depunerea gheții pe echipamente suprastructuri și pe structură. La acestea se adaugă, condițiile specific mediului marin, relieful, locației, zăcămâtului.

De-a lungul timpului au fost propuse mai multe soluții tehnice pentru aceste cerințe dificile, dintre acestea distingându-se următoarele categorii de platform marine:

Platforme marine fixe

platforme marine cu jacket

platforme marine gravitaționale

platforme marine tip insulă

Platforme marine mobile

platforme marine semisubmersibile

platforme marine FPSO rectangulare

platforme marine FPSO circulare

platforme marine spar cu caisson

3.1.1. Platforme marine fixe

Platforme marine fixe tip insulă reprezină un model de design caraterizat de o substructură masivă circulară cu profiluri destinate spargerii plăcii de gheață formate la nivelul mării și impactului cu gheațari. Din punct de vedere al fixării de natură gravitațională sunt similare cu GBS-urile, însă se disting de acestea prin elementele de protecție fortificate ale structurii.

Suprastructura este prevăzută a fi multifuncțională, destinată atât forajului ,cât și producției poate avea și funcți de depozitare a producției, în toate modele de design, rezervoarele fiind dispuse central în cadrul subctructurii. Marea parte din spațiul substructurii este prevăzut a fi umplut cu nisip introdus în camera de compartimente din vecinătatea peretelui lateral pentru a constribui la absorbția energiei în condițiile minizării pe cât posibil a costurilor.

Peretele lateral poate fi construit fie din plăci de beton cu grad de flexiblitate sporit ce primite ușoare deformări elastice, fie dintr-un ansamblu de plăci de beton susținut în lateral de montanți de oțel, în compartimente fie direct umplute cu nisip, fie umplute cu aer. Avantajele unor astfel de platforme ar fii în primul rând stabilitatea, apoi caracterul multifuncțional, capacitatea de depozitare foate-bună, spațiile relativ mari de pot fii utilizate pentru echiparea cu instalații de separare complexe, protejarea riserelor și a garnituri de foraj și o durată de viata cât mai lungă. Pe de altă parte, construcția și instalarea unor astfel de platforme ar presupune costuri ce depășesc semnifictiv costurile structurilor reprezentative din industrie, datorită transportului și instalarea costisitoare problemele tehnice. Platformele fixe sunt limitate la domeniul de adâncime ale apei de până la 100 m datorită creșteri costurilor cu adâncimea de dispunere , utilizarea lor fiind doar în cazuri cu zacăminte cu rezerve foarte marii.

Fig 3.1. Modele de platforme marine tip insulă

Platforme gravitaționale

Platforme gravitaționale destinate forajului și producției în mediul artic pot adopta de asemenea o varietate de soluții constructive. Deși impunând investiții majore acestea pot fii fezabile prin prisma unor estimări pesimiste ale rezervelor zăcămintelor din zona artică. Dezavantajul major față de precedentele este că nu pot fii dispuse în zone cu risc iminet de contact cu gheța datorită structurii nefortificate.

Fig 3.2 Model de platformă gravitaționala de tip cassion

Platormele marine jacket

Platormele marine jacket deși pot fi constuite și instalate la costuri mult mai mici comparativ cu modelele de unitații de suprafață fixe prezentate mai sus, vulnerabile atât la impactul cu volume mari de gheață, cât și la acțiunea cumulativă a straturilor de gheață asupra picioarelor și zăbrelajul jacket-ului ce provoacă scăderea duratei de viață. Pericolul major pentru integritetea riserelor și garnituri de foraj, ce sunt protejate de către beton. O soltuție pentru pentru această problemă, este modelul jacketului multifuncțional ce înglobează în interiorul picioarelor substructuri atât riserele cât și garniturade foraj. O alta problemă în utilizarea jacketurilor în zonele artice este fixarea deoarece în acestă zonă există un stratul permafost la nivelul liniei de măl.

Fig 3.3 Model de platformă jacket

3.2. Platformele mobile

Platformele mobile cu structuri din beton reprezintă soluțiile cele mai simple pentru unității de producție de suprafață, date fiind de costurile estimate mult mai mult reduse comparativ cu platformele fixe din beton. Aceasta pastează multifuncționalitatea și sunt în general proiectate conform principului ,, run away from impact “ permițând deconetrea rapidă a riserelor de procuție și a sistemelor de ancoare în situați unui impact.

Fig 3.3. Model de platformă semisubmersibilă

Platfomele semisubmersibile cu substructure construită integral din beton. Cu potențial de a fi utilizare în primul rând pentru activitățile de foraj, dar și de producție. Aceste fapt permite adaptarea lui mult mai ușoară la operațiuni în arctice datorită informațiilor mult mai ample legate de limite sale constructive și capacitățile de operare multifunctinale.

Platformele marine FPSO de diverse tipuri constructive constituie candidate ideali pentru montarea în zone cu adâncime a apei mare, datorită moblitați, capacitate de producție foarte bună și a costurilor reduse.Una dintre tendințele cele mai importante în industria offshore este folosirea substructurilor de beton în cazul FPSO-urilor circulare sau rectangulare, în vedere îmbunatațiri atât a caracteristicilor de flotabilitate, cât și a celor de stabilitate și rezistență. Platformele FPSO rectangulare, utilizate deja în prezent în zone cu condiții de mediu moderate precum coastele Oceanului Atlantic.

Fig.3.4 Model de platformă marină tip FPSO rectangulară

3.2. Studiul istoriei insulelor artificiale

În afara platormelor în zona Artică a fost realizate diferite structuri care să reziste asupra forței ghețarilor aceste insule artificiale care sunt realizate dintr-un material special care au capaciatea condiților din regiune. Pentru a oferi o perspectivă cu privire la evoluția majoritară a construcților insulelor și armaturi penților proiectarea și montarea acestora, vor fi prezentate patru studii de caz.

Acestă experientă va începe cu prima insula explorare construită într-o apă puțin adâncă insula Resolution (1980) apoi va continua insula Northstar de producție (2000) cea mai mare provocare la o adâncime mare din forajul marin din zona Arctică.

Această insulă și Endeavor au fost primele care au utilizat saci de pietriș armat în marea Beaufort. Aspectele importante ale proiectului Resolution include un proiect de trei ani (anterior insulele de explorare din Alaska au fost concepute pentru un singur an), utilizarea pe o varietate de secțiuni de testare a armuri penti, precum și o monitorizare continuă și programul de întreținere. Proiectarea are două obiective principale selectarea țesături geotextile pentru armura pantei care a oferit cea mai mare promisiune de durabilitate, precum și aranjarea plasarea armuri pentru a minimiza propagarea de deteriorare. În timp ce o mică secțiune de încercare de mat beton legat a fost instalat pe insula Resolution, saci de pietriș de diferite tipuri au fost sistemul primar de protecție a panții. S-au folosit saci de pietriș care încorporează material textile monofazate și mai multe straturi. Pentru a testa utilitatea unui material de umplere cu rezistență redusă a pastei de ciment a fost utilizat pentru a crea un număr limitat de saci întărite care ar fi mult mai rezistente la impact gheață.

Insula Resolution a avut nevoie 100,000 m³ pietriș pentru a umplere care a fost livrat la siturile de barje dintr-un balastieră a forajului. Având în vedere sezonul în care apa este deschisă, utilizate de barje pentru a oferi pietriș insulei umplerea sa dovedit dificilă. Prin urmare metoda de constructire pentru insule mai târziu sa fost la livrarea pietrișului pe drumuri de gheață în timpul sezonului de iarnă mai lung. Aproape 2,200 1.5 m³ saci au fost utilizați pentru armura pe insula. Inspecția anuală celor doua condiții menționate și apei de adâncime pentru insula Resolution au fost efectuate următoarele construcții în 1980. Eforturile de reparatizare a sacilor au fost efectuate în 1981 și 1984. Luând în considerare apa puțin adâncă din care rezultă valuri ușoare, pierderea sacilor provocată de valuri nu a fost observată.

În anul 2002, douazeci și doi de ani dupa constucția insulei Resolution a fost abandonată. În același timp lipsa de întreținere din 1984, panta armaturei a fost avariată peste aproximativ o jumătate din circumferința insulei. Eforturile anuale de monitorizare a insulei Resolution au adus la crearea unui nou proiect de insulă atât pentru a facilita producția cum ar fii Endicott pentru apele adânci.

Fig 3.5.Insula Resolution

Endicott (1985-Prezent )

Dezvoltarea lui Endicott a fost constuită între ani 1985 și 1986 la Sag River Delta, la 24 km est de Prudhoe Bay la câți va kilometri de estul insulei Resolution. Proiectul a fost realizat pentru instalațile de producție al țiteiului în marea Beaufort. Instalația constă într-o insula principală de producție, un foraj, precum și un drum pietruit de 8 km care se conectează insule la țărm. Scurta performanță din istorie a insulei producție explorare din Marea Beaufort cere extrapolare grijulie pentru 25 de ani a proiectului. În timp considerat în timp, mediul de apă puțin adâncă produsă modest condițiile oceanografice și forțele de gheață. În adâncurile de apei pentru proiectul variază între 0 m la mal la 3,7 m la cel mai adânc loc. După multe studii de considerație și modele de teste hidraulice tipurile pante armate au fost selectate pentru a fi utilizate erau pietriș cu o înclimare de gradul pentru pârtiile Causeway și adăpostit părți ale insulelor, suprapuse saci de pietriș (3,0 m³ capacitate) pentru site-urile care au fost de așteptat, impactul valurilor moderate, precum și un sistem hibrid de protecție pantă pentru mai zone expuse.

În 2010 proiectul Endicott a ajuns la sfârșit după 25 de ani. În acel timp producția de petrol și posibilitatea de ajunge la noi resurse a provocat extiderea acestuia la infinit. Ca urmare a sistemelor de penții de protecție au fost inspectate în 2008 pentru a facilita planificarea operațiunilor de întrețiere în timp util. Până în prezent, performanța pantei de armură la Endicott a fost bună, cu reparații limitate la înlocuirea sacilor. Cu toate acestea procesele asociate cu expunere la radiații ultraviolete (lumina soarelui) intemperiile au slabit materialul sacilor de pietriș. Se anticipează înlocuirea sacilor selectivi.

Fig 3.6. Construcția platformei Endicott

Seal insula de explorare (1982-1994)

Insula Seal a fost construită ca o insulă de exploatare pe baza unui proiect de trei ani în anul 1982. A fost amplasată într-o apă adâncă de 12 m și aproape 17 km la nord-sud de Prudhoe Bay.

O cantitate mare de pietriș a fost folostită pentru construirea insulei Seal 535,000 m3 și a fost transportate dintr-o carieră pe uscat în timpul iernii, pe un drum plutitor realizat din gheață artificială îngroșată. Drumul de gheață la construcția insulei de foraj de obicei de o grosime de 2.5-3.0 m grosime și până la o înalțime de 50 m. Au fost construite o pompa de apă sub gheața de la suprafață cănd temperatura aerului este sub – 20º C.Având straturi succesive de gheața pompate la suprafață, iar grosimea drumului este obținută. Drumurile plutioare de gheață susțin loturi de 135 de tone. Livrea cât mai rapidă a pietrișului cu camionul este folosit pentru constucția insulelor de adâncime. Întreținerea drumurilor de gheață este relizată în mod obișnuit pe o apa dulce care poate oferi un strat de gheață mai puternic decât cel creat de apa adâncă.

Experiența construcției Seal cât și activitatea de monitorizare și reparatizare ulterioară a generat un interes în dezvoltarea durabilități pantei pentru aplicațile forajului din zona Arctică. În afara aștepărilor insula Seal a servit o viață de 3 ani, câmpul peste care a fost plasat având promisiuni pentru dezvoltarea producție de petrol. Ca urmare insula, nu a fost abandonată până în 1994 după 12 ani de la construcția sa. După îndepăratrea armuri penții pâna la o adâncimea de 5 m, insula cu pietriș neprotejată a erodat suficient pe parcursul a trei ani pentru a forma un banc scufundat pe care insula de producție Northstar a fost constuită în 2000.

Insula de producție Northstar (2000-prezent)

Cea mai mare provocare de construcție a unei insule de foraj facută în Alaska este Northstar. Localizată pe un sit expusă la 10 km de malul Nordic continental la o adâncime de 12m. Construcția a fost facută dupa insula Seal în 2000 un proiect de insula realizat pentru 15 ani. O vedere aeriană de la Northstar este prezentată în figura 3.7

Fig 3.7.Insula artificială Northstar

Insula are un proiect care include pavajele de beton ce s-au dovedit un adevarat sucees la Endicott. A fost plastă peste un banc de apă la o lățime de 23 m. Peretele a crescut la altitudine de 6.7 m sau 8.2 m în funcție de direcția de expunere. În partea de sus a peretelui a fost un deflector val orizontală (parapet) pentru a reduce împingerea valurilor. O bernă de pietriș a fost plasată la piciorul insulei pentru a absorbi impactul sloiurilor de gheață pentru a proteja piciorul mat din beton. Proiectarea protect pantei a fost sprijinită la ambele studi 2-D și 3-D cu ajutorul modelului hidraulic. Condițiile de proiectare a inclus utilizarea de material de construcție. Modulele de procesare a petrolului unui modul și tabără, instalația de foraj și întrețierea echipamentelor. În 2001 instația a produs aproape 120 milioane de barili de petrol brut.

Construcția insulei a început în ianuarie 2000. Potivit construcției cu o grosimea de 3 m drumul de gheață 600.000 m³ de pietriș au fost tractate de la carieră pe uscat. Zidurile care înconjoară suprafața de lucru și structura navală au fost determinate în mijlocul ierni. În aceeași iarnă un pachet cu două conducte a fost instalate prin stratul de gheță și îngropați la 2.7m sub fundul mării. Plasarea sistemului de protecție a penții a început la mijlocul luni iunie și necesită aproximativ 15.000 de blocuri de beton individuale care cuprind 37 forme individuale de bloc. Întreținerea și repararea betonului a fost necesar la Northstar din cauza blocurilor fracturate cauzate de mișcarea gheții la destrămarea și efectele de gheață în timpul sezonului de apa. Cele mai severe deteriorări rezultă prin efectele de gheață împotriva penților de către valuri și curenți care apar în furtunile din 2005 și 2006.

Fig 3.8. Forța gheții împotriva insulei Northstar în 2006

Pentru a îmbunătăți abilitățile materialul pentru a rezista la astfel de evenimente. Puternic armat, de o grosime de 30 m blocuri compuse din 915 kg/cm au fost instalat în colțul din nord-est daune predispose ale insulei în 2007. Având în vedere costul ridicat aceste blocuri de înaltă rezistență, blocuri compuse din oțel masiv au fost fabricate și sunt testate pe o limită.

O provocare a mediului semnificativ la Northstar a fost mai multe apariții ale gheții marine impactul insulei si a vânturilor. Două evenimente au apărut la începutul veri când gheața este mobilă și slabă. Un eveniment realizat în mijlocul ierni a avut loc 2008 când vânturile din vest a avut o viteză de 20 m/s.

Fig 3.9.Insula Northstar înconjurată de cuburi de gheață

Cea mai mare elevație a mormanelor de gheață a fost de aproximativ de 14 m aproape de nivelul marii. Mormanele au fost compuse din fragmente de gheață cu o înaltime 1.2 m. Nu au fost deteriorări ale armuri pantei în timpul evenimentelor în stratul de gheață.

3.3. Studiul construcției unei insule artificiale din zona arctică

Au fost semnalate diferite progrese în Marea Beaufourt care au captat atenția producției de țitei. Ulterior primelor construcții ale insulelor de exploatare au fost îmbunătățite într-un mod rapid și pentru apele de adâncime care atingeau înațimea de 14-15m.

Aceste modificări au inclus inovații majore, inclusiv:

-o producție mare și tractarea resurselor de pietriș de la țarm pentru plasarea umpleri insulei în timpul ierni.

-construcția de drumuri de gheță în apa adâncă pentru a permite trecerea camioanelor cu pietriș și echipamentelor pentru construcții care sa ajungă la forajul marin.

-costurile efective pentru protecția pantei și instalarea eficientă a armături care au fost stabilite pentru situri și condițiile încarcare (valuri și gheață)

-construcția sacilor de nisip este infunețată de timpul sezonier.

Astfel se va descrie cum a fost construita o insula articială.

Cele mai multe cerințe sunt pentru zonele de coastă si cele aproape de țarm pentru construcția acestor instalați este nevoie de a alege profilul pantei și încarcatura de material care ajută la protecția împotriva valurilor. Protecția în zona artică este realizată datorită gheții. Rezultatul întărituri penți trebuie de asemenea protejată de eroziunea valurilor, dezastul provocat de către gheță și legătura dintre valuri și gheață.

Ambele profiluri ale panei simple sau combinate au fost folosite pentru instalațiile de coastă și aproape de țărmuri din Marea Beaufort. Pantele laterale sunt cele mai potrivite pentru porțiuni de instalației care este expusă la limita valurilor si gheață sau sunt puțin probabil să aibă un impact a siguranței umane. Un exemplu a profilui penții este vaz în figura 4 care prezintă armura sacilor de pieriș de 3H:1V (3:1) la apă de mica adâncime.

Fig 3.10. Construcția insulei cu pavele

Atât în dreptul pantei cât și în componentele înclinari sunt utilizate pentru coaste și în apropierea târmului.

Pantele laterale care au încorporat reper drept deasupra nivelului apei au fost folosite cu sucees pentru facilitățile, sau porțiunile de facilități, care sunt expuse la valuri puternice și condiți de îngheț, sau care au o valoare intrinsecă mare. Chiar dacă pantele laterale necesită o protecție mai mult pantele drepte, ele oferă următoarele benefici:

-creșterea stabilitati întărituri

-reducerea fluxlui valului

-îmbunatățirea perfomanțelor în privința înghețului

-o separarea îmbunătățită a zonelor cu potențial de daune, provocate de gheață și valuri, de suprafață de lucru, astfel evitând posibile eșuări

Profilul pantei reduce avansarea valurilor care sunt periculoase pentru instațiile mari. În unele cazuri volumul de umplere mai mic rezultă din suprafețe mici evaluate pe întreaga insula care poate aduce la creștera încărcăturii.

Înălțimea pantei

Înclinarea laterală pentru zona Arctica realizată de către om având o elevație care sa poată limita valurile. Spargerea valurilor și împingerea valurilor peste baraj cu gheță. Spargerea valurilor și întoarcerea valurilor depinde de incidenta apei de adâncime precum și de geometria și permeabilitatea stucturi penți laterale. În timp ce un număr mare de metode care să prezică împingerea acestor valuri peste baraj sunt prezentate în documente de proiectare de coastă, precum ar fii “Coastal Engineering Manual” creat de corpul inginerilor armatei SUA, ele sunt de aplicabilitate limitată la structurile mării Beaufort ca urmare a utilizări de ambele profiluri o pantă combinată și un sistem unic de protecție a pantei. Ingineria de profil a proiectat un manual cu limite orietative privind gradul de împinegere peste baraj a valurilor și a vânturilor. Fenomenul de împingere peste baraj realizat de vânturi de este destul de impotant în zona arctică, datorită posibilităților de congelare prin pulverizare acumulată prin instalații. Strategiile de atenuare a redus înghețul cauzat de către suflările de vânt care folosește o pantă ușoară în zona de impact oferind o separare adecvată între zona valurilor și suprafața de lucru precum și întreținerea unei zone tampon între perimetrul suprafeței de lucru și daunele provocate .

Protecția împotriva valurilor și atacul realizat de gheață. Ultimul aspect la înclinarea din zona Arctică, proiectarea trebuie sa aiba în balanță spargerea valurilor și a gheții. Nevoia de rezistență la atacurile valurilor pentru sistemul de armatură au o suprafață rugoasă pentru disiparea forțelor de impact a valurilor.

Fig3 .11. Protecția împotriva valurilor

Sistemul de protecție al penților utilizate în Alaska Beaufort au la baza rezistența asupra valorilor si a gheții. În plus pentru armatura pantei se alege conform logisticii și reglemetarilor în vigoare.

-deficitul de piatră de cariera

-costurile mari pentru realizarea betonului

-limita de construcție al ferestrelor

– protectia mediului.

Protecția penților din zone plajelor include locul și mentenanța zonei tampon lipsite de sedimente între ocean si aria de protecție. Zona tampon trebuie sa conțină suficient material pentru ajustarea erodărilor cauzate de furtuni, sau o serie de furtuni mai mici. În Marea Beaufort conceptul a fost implementat cu pietriș plasat, iar pantele varind intre 5:1 la 7:1. Un exemplu de astfel de plaje este cel 7:1 pantele laterale din pietriș din Endicott Causeway.

Avantajele protecției penților de pe plaje includ un cost scăzut, sunt ușor de construit și de întreținut și au sensibilitate scazută pentru daunele de gheață. Dezavantajele includ necesitatea de întreținere periodică datorită impactului cu severitatea valurilor, a furtunilor cât și durata acestora.

Saci mari de pietriș compuși din geotextile de înaltă rezistență au fost eficienți în aplicarea armaturi pantei. Saci sunt așezați pe un strat textil permeabil care stau la baza umplerii cu pietriș. Deși containerele pot fi de diferite dimensiuni și forme, experiența a arătat că masivele de piatră pot suferi pierderi rapide și catastrofale a materialului de umplere, atunci când sunt perforate de gheață. Saci de pietriș ai instalaților din Marea Beaufort au de obicei capacități de 1.5 și 3 m³,cu pungi mai mari fiind alegerea perferată datorită stabilității lor mai mare de atacuri de valuri și timpul de instalare redus rezultă dintr-o zonă acoperire mai mare.

Tabelul 1. Sistemul de protecție pantă utilizat în Marea Beaufort

Rezultatele modelor testelor hidraulice au arătat că sacii sunt mai stabili atunci când axa longitudinală este orientată curbei ascendente-descendente, în care configurația de plasare încorporează o suprapunere substanțială. O suprapunere de minimum 10%, se recomandă pentru închiderile la saci la impactul direct cu valurile. În cele mai multe cazuri, o suprapunere de 50% a fost realizată pentru a asigura o mare stabiliate la impactul valurilor, la spargerea valurilor și acoperirea sacilor în cazul în care sunt deteriorate.

Primele deteriorități a sacilor cu pietriș sunt cauzate impactul cu gheața și activitățile oameilor (cum ar fi clasificarea, îndepărtarea zăpezii, depozitarea de materiale, precum și debarcarea navală). Deși daunele de gheață vor avea loc la puncte expuse (indiferent de tipul țesături sau tăriei), de multe ori poate fi gestionate prin utilizarea sacilor de sacrificiu care sunt situați pe armături primară aproape de liniei de plutire (figurile 4 și 5, foto3) și înlocuit în funcție de necesități. Rata anuală a sacilor de sacrificiu de înlocuire poate varia la mai puțin de 1% la locațiile protejate, la mai mult de 20% la siturile expuse. Daunele provoate de oameni pot fi reduse semnificativ prin educația forței de muncă și furnizarea de bariere sau acțiuni pentru a identifica locația sacilor îngropați în zăpadă.

Avantajele protecției pantelor de sacilor de nisip inclus un cost moderat și relativ ușor de instalare și întreținere. Principalul dezavantaj la susceptibiliatea cu gheță deteriorată (în special în apele adânci), care necesită întreținerea frecventă. Experiența sugerează că protecția pantei sacilor de pietriș este necesară pentru instalațiile temporare care nu justifică cheltuielile de capital, precum și pentru instalațiile permanente în apele protejate, în cazul în care impactul cu gheață.

Pavele îmbinate din beton ale protecției pantei este formată din blocuri prefabricate din beton armat, oțel care sunt unite prin legături de înaltă rezistență. Materialul legat poate fi plasat pe un mediu de filtrare care este de obicei de înaltă rezistență filtru țesături.

Spre deosebire de sistemele de armaturi care depind masa unitară individuala de stabilitate (cum ar fi saci de pietriș sau piatra de carieră), armarua betonului derivă o parte semnificativă a stabilității sale de conexiunile dintre adiacentă a blocurilor. Sistemele de mat utilizate pentru insulele din Marea Beafort sunt compuse din blocuri armat cu oțel beton (1.2 m² x 23 cm de obicei) în legătură cu înaltă rezistență suspendare oțel și lanțul de legături.

Secțiuni mari de pavele îmbimate de beton sunt plasarea modular permițând astfel rate înalte de instalare a armuri. Armăturile din colțurile insulei se realizează prin ultilizarea unor blocuri trapezoidale cu dimensiuni bine definite, așa cum se arată în poză 5.

Fig 3.12

Suprafața netedă a armurii betonului, va reduce loturile de gheață, permite o creștere a valurilor. În mai multe cazuri, armuri mate au fost instalate pentru a proteja zonele de impact cu gheața în apropierea și sub linia de plutire, în timp ce saci de pietriș suprapuși au fost folosiți pe pantele superioare pentru a reduce spargerii valurilor.

În ciuda daunelor asociate cu efecte mari ale banchizei, pavele îmbinate din beton a înclimări oferă o mare rezistență la impactul cu gheață și o frecvență de întreținere mai mică decât saci de pieriș la siturile de largi expuse. Un alt avantaj este instalarea modular în panouri pre-asamblate care accelerează procesul de construcție. Rata de instalare este deosebit de importantă, având în vedere în nivelul apei și sezonul limitat pentru construcție.

Principalele dezavantaje ale pavelelor de beton raportate la saci de pietriș sunt costurile mari și o procedură mai complexă de reparații în caz de pagube semnificative. În plus, experiența de la Northstar indică faptul că sistemele mate sunt sensibile la pagube importante la producerea în comuna a valurilor mari și abateri de gheață în care gheața se poate izbi de pantă. Cea mai de sucees aplicație a fost Endicott în care a fost necesara protecția împotriva valurilor și gheții moderate de o durată de viață extinsă a serviciilor.

În cele mai multe locații din întreaga lume, de multe ori piatra de calcar servește ca standard față de care alte sisteme de protecție pentru penți sunt măsurate. Piatra de calcar (14+ tonne) potrivit pentru armaturile primare la siturile larg expuse nu este disponibile în Arctic.

Piatra de calcar este limitata pentru folosire în marea Beaufort. Cea mai extinsă aplicație la forajul marin au apărut în insula Northstar de producție, unde aproximativ 2100 tone de rocă din carierele din Brooks Range au fost remorcate aproximativ 275 km și livrate la insula prin șoseaua de gheață în primăvara anului 2008 (Coastal Frontiers Corporation, 2009).

Roca cu o greutate între 2 și 6 tone, a fost plasată ca berma de protecție pe mat de beton pe nord si estul insulei. Pâna în prezent, berma stâncă a fost stabilită la o altitudine mai mică și nu a fost încă expusă la condițle de valuri și gheață severe. Performanțele sale pe termen lung încă trebuie stabilite. Datând de mai multe decenii, armura piatră a fost realizată cu sucees, în condițiile de gheață relative ușoare la Nome, Alaska. Cu toate acestea utilizarea piatrei de calcar pentru berma de la insula de producție Northstar a fost prima instalație în care sunt întălnite forțele de gheață în Arctic.

CAPITOUL IV

Optimizarea regimului de funcționare al sondelor în erupție naturală

4.1.Principii generale

Erupția naturala reprezintă primul sistem de extracție aplicat unei sonde forate pe un zăcămant, atunci când energia zăcămantului este suficient de mare pentru a aduce la suprafață fluidele continute de acesta.

Eruptia naturala este cel mai ieftin sistem de extracție deoarece se aplica indiferent de traiectul găuri de sonda și are cel mai simplu echipament de fund și de suprafață.

În decursul exploatarii, însa energia zăcămantului scade ,fiind necesara schimbarea acestui sistem de extracție cu altele care presupun însa un aport energetic din exterior pentru ca fluidele din sonda sa ajungă la instalația de separare de la suprafață.

4.2. Curbele IPR

Curbele IPR descrie curgere fluidelor prin zăcământ din gaura de sonda și capacitatea de producție a sondei ele stau la baza optimizării regimului de funcționare al sondelor de extracțe a petrolului pe baza corelației de funcționare strat-sonda, analiza nodala. Fiind utilizate pentru evaluarea capacitate productive a stratului care stau la baza optimizări regimurilor de funcționare ale sondelor pe baza analizei nodale .

Pentru trasarea curbelor de comportare a stratului este necesar să se cunoasca tipul curgerii prin zăcămant care se poate stabili ținând cont de presiunea de saturație, presiunea dinamica de fund și presiunea de contur de alimentare .

Fig 4.1. Curgerea monofazica-curba IPR

+

Fig.4.2. Curgerea bifazică-curba IPR

În cazul curgerii eterogene vâscozitatea țiteiului și factorul de volum al acestuia variază foarte mult cu presiunea. De asemenea pentru modelarea curgerii prin zăcămânat a unui amestec eterogen format din țitiei și gaze, se va considera permeabilitatea efectiva respectiv permeabilitatea relativă a fazelor care curg și care depinde de saturație.

În tabelul de mai jos se pun ecuatile curbele de IPR prezentate de cele trei curgeri

4.3. Analiza nodală

Analiza nodală presupune pe de o parte trasarea curbei de comportare a stratului iar pe de alta parte trasarea curbelor de comportare a echipamentului, la intersectia lor fiind determinate punctele de corelație de funcționare strat-sondă.

Analiza nodală în cazul sondelor în erupție naturală

În cazul sondelor în erupție naturală analiza nodală se realizeză astfel:

-se determină curba de comportare a stratului

-se determină curba de comportare a echipamentului pe aceiași diagramă pe care s-a reprezentat curba de comportare .

– la inersecția dintre cele două tipuri de curbe se determină punctul de corelație de funcționare strat-sondă ale cărei coordonate sunt debitul stabil cu care produce sonda și presiunea dinamică corespunzătoare.

Fig.4.3. Curba de comportare a stratului

Curba de comportare a stratuluise modifică odată cu

-depletarea zăcământului, prin modificarea presiunii de zacământ

-modificarea permeabilități din jurul găurii de sondă

-factorul skin indus de completarea sondei în dreptul stratului productiv, de geometria sondei.

Curbele de comportare ale echipamentului se modifică o dată cu :

-modificarea proprietăților care curg prin țevile de extracție

-creșterea procentului de impurități

-modificarea tipurilor de curgere (monofazică,bifazică sau combinată)

-diametrul tubinglui

-diametrul conductei de amestec

-presiunea la separator

-presiunea în capul de erupție ,respectiv dimensiunea duzei din capul de erupție

Analizând parametrii care conduc la modificarea celor două tipuri de curbe de comportare se poate stabilii dacă sonda poate funcționa în erupție naturală în anumite condiții sau nu .

De asemenea se poate analiza performața fiecărui component din sistem, în vederea reglări parametrilor acestuia care să asigure o funcționare optimă a sistemului.

4.4. Studiul parametrilor care influenteaza regimul de functionare ale unei sonde NS-14 în erupție naturală de pe insula artificială Northstar.

Insula Northstar este localizată între 3.2 și 12.9 km (2 și 8 mii) față de țărmul Storkersen în mare Beaufort. Unitatea este adiacentă la Prudhoe Bay și este de aproximativ 87km (54 mi) nord-este de Nuiqsut. Principalele facilității ale unități Northstar este o insulă de pietriș pentru instalația de foraj, o producție a petrolului și două conducte conetate la insula către țărm.O conductă transportă țiței la mal, iar a doua importă gaze din Prudhoe Bay pentru injecția de gaze de pe insula artificială Northstar. Spațiile de locuit permanete și instalațile de producție sunt asemenea pe insulă.

Fig 4.3. Zona produție a insulei artificiale Northstar

Producția de petrol și injecția de gaz au avut loc pe tot parcursul sezonului acoperit de gheață 2001-2002. De asemenea, un total de 7 sonde au fost forate în perioada 17 noiembrie 2001 și 7 iunie 2002. Puterea a fost produsă de generatoarele de gaz cu turbine și motoare suplimentare pentru a comprima și injecțile de gaze. Un drum de gheață a fost constuit în timpul perioadei și transportul la insula a fost cu elicopterul la începutul și la sfârșitul perioadei acoperite de gheață și rutier gheță în timpul restul perioadei. Trei exerciții de colectare au fost efectuate în cursul perioadei, două pentru izolarea țiteiului din apă și una pentru detectarea de țiței sub gheață. Nu a avut loc nici o activitate de construcție majoră sau de întreținere în perioada acoprită cu gheță în 2001-2002, deși activității de inspecție și testare au avut loc în zonă în mod intermitent iarna și primavara.

Prouducția de petrol și injecția gazului au continuat pe parcursul perioadei deschise a apei in 2002 și generatoarele de turbine de gaz au continuat să fie folosite ca o sursă de putere pentru insulă. Forajele în această perioadă a fost de adâncimii mari. În perioada iulie-octombrie 2002 ACS a efectuat 11 exerciții de forare deversare.

În fiecare an, în timpul sezonului acoperit cu gheață în perioada 2003-2009 un teren de gheață a fost construită între facilitățile Prudhoe Bay de la West Dock și Northstar Island către personal de transport, echipamente, materiale și provizii. În timpul perioadelor de apă deschise, elicoptere si barci cu pernă de aer au fost utilizate pentru majoritatea cerințelor de transport. Navele din Alaska (ACS) au fost folosite pentru transportul de personal și echipamente în momentele de vreme, de întreținere, sau considerații operaționale împiedicând utilizarea de elicopter și navă pe pernă de aer. Producția de petrol normal, injecție de gaz și activitățile de foraj au continuat în cursul acestor ani, inclusiv echipamente de testare, exerciții pentru ambalare, detectare și de formare de evacuare de urgență. Activitățile de construcție și întreținere au avut loc anual pe bariera de protecție în jurul insulei Northstar datorită impactului cu gheața și a furtunii. Repararea și întreținerea în anii următori a reprezentat activități cum ar fi crearea unui șanț de acces, eliminarea blocurilor din beton din zonele care au suferit eroziuni și/sau pagube de blocare, instalarea unui nou strat de material de filtrare, instalarea sacilor de pietriș de diferite dimensiuni pentru a construi și de a stabiliza subgrade, instalarea unui alt strat de material de filtrare și unui strat de deasupra geogrilor pentru a reduce susceptibilitatea materialului la abraziune, și instalarea armurei bloc de beton. În 2008, British Petroleum a instalat bolovanilor mari la colțul nord-estic o barieră în loc de înlocuirea a blocurilor de beton mai mici, care au fost eliminate în timpul unei furtuni. Bolovanii au fost transportați cu camioane de la o carieră în Brooks Range la insula Northstar. Un total de 812 călătorii dus-întors au fost făcute în timpul martie-aprilie, folosind drumul de gheață pentru transportulde la West Dock pe insulă.

Insula Northsat este estimată la peste 130 milioane de barili recuperabilii. Producția este de vârf la aproximativ 50,000b/-d, fiind a șasea din cele 11 domeni al versantului nordic. Scopul companiei BP a fost de a începe producția în anul 1999. Insula Northstar conține rezerve cu presiune mare iar sondele vor fi exploatate cu ușurință. Este planificată reinjectarea gazului pentru a menține presiunea în rezervor și a îmbunătăți recuperarea. Pentru transportarea țiteiului de pe insula artificială a fost construită o conductă atăt pe în mare cât și pe uscat, pentru singuranță. Odata ce ajunge conducta pe uscat va fi direcționată câtre Sistemului de conducte Trans-Alaska.

În timp ce insula Northstar controla prima conductă submarină din marea Beaufort, Alaska, acestă tehnologie a fost testată și s-a dovedit utilă în Artic. Acesta a fost îngropată sub gheață și este protejată de coroziune și scurgeri.

Fig 4.4. Schema de dezvoltare a insulei Northstar

În tabelul următor sunt prezentate numarul de sonde de pe insula Northstar

Rezerva de zăcământ este considerată drept factorul de primă importanță din acestă categorie, deoarece pe baza acestuia poate amortiza investiția globală pentru un anumit tip de producție ales, în condițiile obțiinerii unui profit cat mai mare. În cazul zăcămintelor din marea Beaufort sa observat ca insula artificială Northstar a avut o producție diferită în decursul anilor și unele dintre sonde au fost nevoie sa își schimbe sistemul de extracție.

Potrivit următorului tabel:

Tipurile de sonde:

Proprietățile zăcămatului:

Pe baza datelor de la insula atificială Northstar a fost luată in considerare sonda NS-14, care lucrează o perioadă în erupție naturală, după a anumita timp de lucru acesta este abandontă și pentru a facilita cheltuilile se realizează un sidetrack realizând o noua sondă NS-14A.

În continuare este prezentată pofilul sondei NS-14 cât și cel al NS-14A.

Fig 4.5. Profilul sondelor NS-14 și NS-14A

Tabelulul

4.4.1 Simularea analizaei nodale cu ajutorul simulatorului Pipesim

Erupția naturală este un sistem de extracție a țițeiului , caracterizat prin aceea că țițeiul și cazele ies la suprafață sub acțiunea energiei proprii a zăcământului de țiței. Se știe că țițeiul se se află în zăcământ la o anumită presiune și că împreună cu el se află gazele , o parte în stare dizolvată și în unele cazuri și în stare liberă. Pentru provocarea curgerii țițeiului din strat în sondă și punerea în producție, se aplică diferite metode pentru readucerea presiuni în sondă, la o valoare mai mică decât presiunea din strat ( presiunea de zăcământ). Scăzând presiunea din sondă, o parte din gazele dizolvate se eliberează din soluție și trec în stare gazoasă, mărindu-și mult volumul, dar rămânând totuși sub o anumită presiune, ceea ce le face să aibă o anumită energie. Așadar , în cazul erupției naturale, țițeiul este ridicat la suprafață de energia gazelor proprii aflate în zăcământ împreună cu țițeiul și care sunt extrase cu acesta. Datorită scăderii energiei naturale a stratului, sonda nu mai poate produce în erupție naturală, se face o schimare de sistem de extracție, trecând sonda în erupție artificială (gazlift) ori în pompaj de adâncime.

Echipamentul sondelor în erupție naturală se compune din: capul de erupție ( echipament de suprafață) , garnitura de tevi de extracție ( echipament de fund), care poate fii echipată cu diferite dispozitive de control a curgerii (valva de siguranță, niple, valva de circulație laterală , duze de fund, pakere).

Softul de analiză Pipesim are o capabilitate de modelare a întregului sistem de producție, de la rezervor până la zona de procesare.

Cu ajutorul softului Pipesim au fost realizate studii privind regimul de funcționare în erupție naturală a sondei NS-14 de pe insula artificială Nothstar. În urma acesteia după o lungă durată sonda a fost cimentată și sa forat o nouă sondă NS-14A care a fost analizată în acest studiu de caz.

În cazul sondei NS-14

Se consideră anumite scenarii de lucru pentru sonda NS-14.Au fost luate în considerare urmaoarele scenari prezentate mai jos:

► Variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar și diferite procente de impurități cu valori cuprinse între 30 – 80 %, (Fig). Se observă din figura 1 că la presiuni mai mici de 324 bari sonda nu mai produce în erupție naturală, iar în cazul impurităților foarte mari este necesar schimbarea sistemului de producție.

► Variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar și o variație a presiunii în capul de erupție între 30 – 70 bar, (Fig2). Se observă că sonda poate debită fără probleme chiar la presiuni mari în condițiile unei presiuni în capul de erupție de 30 bar .

► Variația presiunii statice de la 210 – 324,05 bar și dimensiuni diferite ale diamerului interior de tubing de 3 in, 4 in și 5 in (Fig.). Se observă dacă se alege diametre mai mici ale tubingului acestea pot da un randament bun la o sondă cu presiunea statică mai mică, însă în cazul în care diametrul tubingului este mai mare acesta funcționează doar la presiuni 324-270 bar.

► Variația diametrului zonei compactate din jurul perforaturilor de la 10 – 25 mm și o variație de impurități cuprinsă între 30 – 70 % (Fig.3). În fig sonda poate să producă în erupție naturală atunci când diametrul zone compactate din jurul perforaturi este variabil iar impuritățile sunt până la 70 %.

► Variația permeabilități din zona contaninată 45-60 md și o variație a presiuni din capul de erupție 40-70 bar (Fig.3). În figura sonda poate debită fără probleme chiar la presiuni mari în condițiile unei presiuni în capul de erupție de 40 bar atunci când avem o zona contaminată cu permeabilitate mare.

► Variația diametrului perforaturilor 16-18 mm și o variație a impurităților 30-70%. Se observă din figura că sonda poate produce anumite debite de lichid cu impurități lichide mari atunci când alegem un diametru perforaturilor între 16-18 mm.

► Variația numarul de perforaturi pe metru 6-18 1/m și o variație a impurităților 30-70%. Din figura că sonda poate produce anumite debite de lichid cu impurități lichide mari atunci când alegem un diametru perforaturilor între 16-18 mm.

Fig. Analiza nodală considerând variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar și diferite procente de impurități cu valori cuprinse între 30 – 80 %.

Fig. Analiza nodală considerând variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar și o variație a presiunii în capul de erupție între 40 – 70 bar.

Fig. Analiza nodală considerând variația presiunii statice de la 210 – 324,05 bar și dimensiuni diferite ale diamerului interior de tubing de 3 in, 4 in și 5 in.

Fig. Analiza nodală considerând variația diametului zonei compactate din jurul perforaturilor de la 10 – 25 mm și variația de impurități 30-70%

Fig. Analiza nodală considerând variația permeabilități zonei contaminate de 45-60 md și variația presiuni din capul de erupție

Fig. Analiza nodală considerând variația diametrului perforaturilor 16-18 mm și o variație a impurităților 30-70%.

Fig. Analiza nodală considerând variația numarul de perforaturi pe metru

6-18 1/m și o variație a impurităților 30-70%.

În afară de de analizei nodală se mai realizat variația presiuni de-a lunglul traseului sondei în funcție parametrii completarii sondei

► Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de diametru zonei compactate din jurul perforaturilor (fig)

► Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de extinderea și permebilitatea zonei contaminate (fig)

► Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de numarul de perforaturi pe metru (fig)

► Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de zona contaminată (fig)

Fig. Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de diametru zonei compactate din jurul perforaturilor

Fig. Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de extinderea și permebilitatea zonei contaminate

Fig. Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de numarul de perforaturi pe metru

Fig. Variația presiuni de-a lungul traseului sondei în funcție de zona contaminată

Teorilor de ascensiune ascupra curbelor gradient

Sa luat ca punct de reper teoria de ascensiune Mukherjee& Brill, iar apoi sa făcut diferență pentru punctul de analiză nodală cu metodele Ansari și Hagedon & Brown

Fig. Variația permebilități zonei contaminate în funcție de diametrul tubingului metoda Mukherjee& Brill

Fig. Variația permebilități zonei contaminate în funcție de diametrul tubingului metoda Ansari

Fig. Variația permebilități zonei contaminate în funcție de diametrul tubingului metoda Hagedon & Brown

Se consideră următoarele scenari de lucru pentru sona NS-14A atunci când sonda este liberă și atunci când este perforată.

Următoarele scenari de lucru pentru sonda neperforată.

► Variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar (Fig.. si ), și o variație a diametreului tubingului. Se observă din figura că sonda poate produce în erupție naturală pâna la presiuna statică de 275 bar ,iar la o presiune mai mică trebuie schimbat sistemul de producție într-un sistem artificial.

► Variația presiunii statice de la 206,84 – 324,05 bar (Fig..) și diferite procente de impurități cu valori cuprinse între 30 – 60 %. În figura se observa la o presiunea din capul de erupție de 40 bar , sonda produce în erupție naturală la impurități mari iar în figura atunci când presiunea din capul de erupție este 70 bar sonda nu mai produce în eripție naturală la presiuni statice mai mici de 240 bari.

► Variația presiunii statice (Fig..) și variația presiuni din capul de erupție.În figura se observa ca sonda poate sa producă până la o presiunea din capul de erupție de 206,84 bar , iar la presiuni mai mici trebuie schimbat sistemul.

Fig. Variația presiuni statice în funcție de diametrul tubingului atunci când avem presiunea din capul de erupție 70 bar

Fig. Variația presiuni statice în funcție de diametrul tubingului atunci când avem presiunea din capul de erupție 40 bar

Fig. Variația presiuni statice în impurități atunci când avem presiunea din capul de erupție 70 bar

Fig. Variația presiuni statice în impurități atunci când avem presiunea din capul de erupție 40 bar

Fig. Variația presiuni statice în funcție de presiunea din capul de erupție

Următoarele scenari de lucru pentru sonda NS-14A perforată.

Variația diametru zonei compactate din jurul perforaturilor în funcție de diametrul tubingului. În fig alăturată arată că sonda poate debita având un diametru de tubing cât mai mare, și o zonă compactată din jurul perforaturilor.

Variația diametru zonei compactate din jurul perforaturilor în funcție presiunea din capul de erupție.

Variația extinderi și permebilitatea zonei contaminate în funcție de diametrul tubingului.

Variația extinderi și permebilitatea zonei contaminate în funcție de presiunea din capul de erupție.

Variația diametrul perforaturilor în funcție de diametrul tubingului.

Variația diametrul perforaturilor în funcție presiunea din capul de erupție.

Variația numarul de perforaturi pe metru în funcție de diametrul tubingului.

Variația numarul de perforaturi pe metru în funcție presiunea din capul de erupție.

Fig. Variația diametru zonei compactate din jurul perforaturilor în funcție de diametrul tubingului.

Fig. Variația diametru zonei compactate din jurul perforaturilor în funcție presiunea din capul de erupție.

Fig Variația permeabilitate din jurul zonei compactate în funcție de diametrul tubingului.

Fig Variația permeabilitate din jurul zonei compactate în în funcție presiunea din capul de erupție.

Fig Variația diametrul perforaturilor în funcție de diametrul tubingului.

Fig Variația diametrul perforaturilor în funcție presiunea din capul de erupție.

Fig Variația numarul de perforaturi pe metru în funcție de diametrul tubingului.

Fig Variația numarul de perforaturi pe metru în funcție de presiunea din capul de extractie

Transportul prin conducte este cel mai răspândit , el are un cost relativ mic și nu necesită instalații complicate.Instalația principală pentru efectuarea scestui transport este conducta și stațiile de pompare.