Лекция № 9. КЛАССИФИКАЦИЯ МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ.

Морская стационарная платформа— уникальное гидротехни­ческое сооружение, предназначенное для установки на ней бурового, нефтепромыслового и вспомогательного оборудования, обеспечивающего бурение скважин, добычу нефти и газа, их подготовку, а также оборудования и систем для производства других работ, связанных с разработкой морских нефтяных и газовых месторождений (оборудование для закачки воды в пласт, капитального ремонта скважин, средства автоматизации морского промысла, оборудование и средства автоматизации по транспорту нефти, средства связи с береговыми объектами и т. п.).

При разработке морских месторождений в основном два главных фактора определяют направление работ в области проектирования и строительства гидротехнических объектов в море. Такими факторами являются ограничения, накладываемые условиями окружающей среды, и высокая стоимость морских операций. Эти факторы в основном обусловливают все решения в проектировании и конструировании МСП, выборе оборудова­ния, способов строительства и организации работ в данной акватории моря. Таким образом, МСП являются индивидуаль­ными конструкциями, предназначенными для конкретного района работ.

В последние годы, в связи с широким разворотом работ по освоению морских нефтяных месторождений в различных райо­нах Мирового океана, предложен и осуществлен ряд новых типов и конструкций МСП. Эти типы и конструкции МСП различают по следующим признакам: способу опирания и крепления к мор­скому дну; типу конструкции; по материалу и другим приз­накам.

Рис. 19-Классификация глубоководных МСП

По способу опирания и крепления к морскому дну МСП бывают свайные, гравитационные, свайно-гравитационные, ма­ятниковые и натяжные, а также плавающего типа, по типу конструкции сквозные, сплошные и комбинированные, по ма­териалу конструкции — металлические, железо-бетонные и комби­нированные. Сквозные конструкции выполняются решетчатыми. Элементы решетки занимают относительно небольшую площадь по сравнению с площадью граней пространственной фермы. Сплошные конструкции (например, бетонные) непроницаемы по всей площади внешнего контура сооружения.

На рис. 19 приведена классификация глубоководных МСП.

На первом уровне классификациипроведено деление МСП на жесткие и упругие. По мнению авторов, такое деление явля­ется объективным, так как оно отражает конструкцию платфор­мы (размеры, конфигурацию) и указывает период собственных колебаний, который у жестких составляет 4—6 с и упругих превышает 20 с, а в отдельных случаях достигает 138 с

На втором уровне классификации жесткие конструкции классифицированы по способу обеспечения их устойчивости под воздействием внешних нагрузок на гравитационные, свайные и гравитационно-свайные. В первом случае сооружение не сдви­гается относительно морского дна благодаря собственной массе и во втором — оно не смещается из-за крепления его сваями. Гравитационно-свайные сооружения не сдвигаются благодаря собственной массе и системе свай.

Третий уровень классификации жестких МСП характеризует материал конструкции: бетон, сталь или бетонсталь.

Упругие конструкции на втором уровне по способу крепле­ния разделены на башни с оттяжками, плавучие башни и гибкие башни. (рис.20).

Башни с оттяжками сохраняют свою устойчивость системой оттяжек, понтонов плавучести и противовесов. Плавучие башни подобны качающемуся маятнику, они возвращаются в состоя­ние равновесия с помощью понтонов плавучести, расположенных в верхней части конструкции. Гибкие башни отклоняются от вертикали под действием волн, но при этом они, подобно сжатой пружине, стремятся возвратиться в состояние равновесия.

На последнем уровне классификации имеется 10 групп кон­струкций, каждая из которых обозначается начальными буквами слов английского языка, например RGS — риджит гревити стил (жесткая гравитационная стальная), RGC (жесткая гравитаци­онная бетонная) и т. д.

Из рассмотренных в работе 40 конструкций глубоковод­ных МСП (глубина моря более 300 м) 76% составляют жесткие, в том числе 45% стальные ферменные со свайным креплением, 26% гравитационные и 5% гравитационно-свайные.

Рис.20. Схемы МСП, применяемые на Каспийском море: а — четырехблочная МСП; 1 — опорный блок; 2 -верхнее строение; 3 — подвышенные конструкции; 4 — буровая вышка; 5 — причально-посадочное уст­ройство; 6 — водоотделяющая колонна (обсадная); 7 — свайный фундамент; б" — двухблочная МСП; 1— опорный блок; 2 — верхнее строение; 3 — при­чально-посадочное устройство; 4 — буровая вышка; 5 — водоотделяющая колонна; 6 — свайный фунда­мент; в — моноблочная МСП; 1 — опорный блок; 2 — верхнее строение, модули; 3 — буровая вышка; 4 — водоотделяющая колонна; 5 — свайный фунда­мент; 6 — причально-посадочное устройство

Среди упру­гих МСП 13% плавучие башни, 8% башни с оттяжками и 3% гибкие башни. Отмечено увеличение доли проектов стальных опор в зависимости от глубины моря. При глубинах моря 305— 365 м стальные опоры составляют 13%, а при глубинах от 365 до 520 м — 50%. Из выполненных проектов 79% — стальные опоры, 15% — бетонные и 6% — стальбетод.

Наибольшее число проектов 57% разработано для вод глу­биной 305—365 м. 30% —для глубин 365—460 м и 13% — на глубины больше 460 м.

Жесткие МСП

Морские стационарные платформы, закрепляемые сваями МСП пирамидального типаМСП, закрепляемые сваями, представляют собой гидротехни­ческое металлическое стационарное сооружение, состоящее из опорной части, которая крепится к морскому дну сваями, и верхнего строения, оснащенного комплексом технологического оборудования и вспомогательных средств и устанавливаемого на опорную часть МСП.

На рис. 21 а, б, в даны схемы МСП, применяемые на Кас­пийском море. Ниже приведены краткие технические данные морской стационарной платформы для одновременного бурения скважин двумя буровыми установками на месторождении им. 28 апреля на глубине 100 м. Платформа состоит из двух опор­ных блоков, установленных на расстоянии 31 м друг от друга, и трехпалубного верхнего строения, которое включает 14 моду­лей, в том числе: два подвышечных, шесть модулей нижней палубы с эксплуатационным оборудованием 450 т каждый, шесть модулей верхней палубы с буровым оборудованием до 600 т каждый.

На платформе размещен комплекс технологического и вспо­мога-тельного оборудования, систем, инструмента и материалов, обеспечивающих бурение скважин двумя буровыми установ­ками.

Платформа оснащена блочными жилыми и бытовыми помеще­ниями, вертолетной площадкой, погрузочно-разгрузочными кра­нами и др.

С платформы предусмотрено бурение 12 скважин.

Опорные блоки крепятся к морскому грунту сваями. На опорные блоки устанавливается верхнее трехпалубное строе­ние с модулями, оснащенными соответствующими технологи­ческим и вспомогательным оборудованием и системами.

Как известно, затраты на обустройство морских нефтегазовых ме­сторождении составляют свыше 50 % всех капиталовложений. Дос­таточно сказать, что стоимость отдельных нефтегазопромысловых платформ достигает 1—2 млрд долл.

Например, эксплуатирующая­ся в настоящее время глубоководная гравитационная платформа для месторождения Тролль в Северном море оценивается в сумму свыше 1 млрд долл. Затраты на прокладку современного глубоко­водного магистрального трубопровода составляют 2—3 млн долл. за километр. Каждый новый этап в освоении шельфа вызывает к жизни новые технические решения, соответствующие возникающей проблеме.

Так, например, для выполнения работ по развед­ке, бурению скважин и добыче нефти и газа используются раз­личные типы технических средств, изображенных на рис.21.

Среди инженерных компаний, успешно работающих в области со­здания новой техники и морских нефтегазовых сооружений, при­оритетные позиции занимают «Браун энд Рут», «Мак-Дермот», «Квернер», «Аккер» и др.

Советский опыт в этой области накоплен организациями Азер­байджана, где институт Гипроморнефтегаз спроектировал, а Ба­кинский завод глубоководных оснований изготовил и установил более десяти металлических платформ на глубинах около 100 м. Институтом ВНИПИШельф разработаны платформы высотой около 30 метров для газовых месторождений Крыма.

Рис. 21. Современные глубоководные платформы, используемые для разработки шельфовых нефтегазовых месторождений.

Морские трубопроводы диаметром до 500 — 700 мм проложены на Кас­пийском и Черном морях и на Дальнем Востоке через Татарский пролив.

Гравитационные морские стационарные платформы (ГМСП)

Гравитационные МСП отличаются от металлических свайных МСП как по конструкции, материалу, так и по технологии из­готовления, способу их транспортировки и установки в море.

Общая устойчивость ГМСП при воздействии внешних нагру­зок от волн и ветра обеспечивается их собственной массой и массой балласта, поэтому не требуется их крепление сваями к морскому дну. ГМСП применяют в акваториях морей, где проч­ность основания морского грунта обеспечивает надежную устой­чивость сооружения.

ГМСП — очень массивные объекты, состоящие из двух час­тей: верхнего строения и опорной части. Опорная часть состоит из одной или нескольких колонн, изготовляемых из железобетонa.

Преимущество ГМСП — непродолжительное время установки их в море, примерно 24 ч вместо 7—12 мес, необходимых для установки и закрепления сваями металлических свайных плат­форм. Собственная плавучесть и наличие системы балластировки позволяют буксировать ГМСП на большие расстояния и устанав­ливать их в рабочее положение на месте эксплуатации в море без применения дорогостоящих грузоподъемных и транспортных средств.

Рис. 22-Схема платформы типа «Кондип»:

1 — емкость с топливом; 2 -- стенки ячейки; 3 — верхняя крышка; 4 — опора хозяйственного оборудования; 5 — верхнее строение; 6 — буровая опорная колонна; 7 — хранилище нефти; 8 — нижняя крыш­ка; 9 — балласт; 10 — стальная юбка; 11 — штифт

Преимуществом их также является возможность повторного использования на новом месторождении, повышенные огнестойкость и виброустойчивость, высокая сопротивляемость морской коррозии, незначительная деформация под воздействием нагрузок и более высокая защита от загрязнения моря.

ГМСП применяют в различных акваториях Мирового океана. Особенно широко они используются в Северном море.

К недостаткам гравитационных платформ относится необходимость тщательной подготовки места их установки. Особое внимание следует уделять на опасность аварий, которые могут возникнуть при разжижении грунта, его поверхностной и внутренней эрозии, местных размывах.