Стационарные гравитационные платформы

Стационарные гравитационные платформы, как элемент структуры морского нефтегазопромысла, обеспечивают выполнение широкого спектра морских технологий от бурения и добычи, до использования их в качестве оснований для морских нефтехранилищ, перерабатывающего оборудования, передаточных причалов и другое.

Использование платформ гравитационного типа возможно на прочных тяжелых грунтах, достаточных для надежного удержания установки. Особенностью гравитационных платформ является их способность противостоять сдвигающим и опрокидывающим воздействиям за счет собственной массы и массы балласта.

На рис. 1 показана железобетонная платформа гравитационного типа, а на рис. 2 – платформа, имеющая волноледозащитную оболочку.

1. Стационарная железобетонная гравитационная платформа

2. Стационарная гравитационная платформа с волноледозащитной оболочкой вокруг колонн

В зависимости от рабочей глубины воды по архитектурному типу платформы можно условно разделить на группы:

· мелководные платформы до глубины 30 м,

· глубоководные - до глубин 200 м,

· сверхглубоководные - до глубин 350 м.

Отдельно следует выделить гравитационные ледостойкие платформы, но о них на следующей паре.

Большинство гравитационных платформ установлено в Северном море, и их надежная работа в суровых условиях указывает на перспективность применения железобетона для глубоководных сооружений.

Наиболее сложившийся конструктивный тип глубоководных железобетонных платформ — платформы типа Condeep (Concrete(конкрит) Deepwater «бетонная глубоководная») (рис.3 а). Основными элементами формы этого типа являются фундаментный блок, образуемый из цилиндрических ячеек; 2-4 опорные колонны и верхнее строение, собираемое из блоков на палубе или составляющее с нею одно целое. В плане фундаментный блок платформы этого типа образует фигуру, близкую к правильному шестиугольнику.

Платформы проектов Seatank (см. рис. 3.б) и Andoc отличаются от платформы Condeep в основном конструкцией фундаментного блока, имеющего квадратную в плане форму с разделением на ячейки.

Совершенно иная архитектурная форма у платформ типа Doris (см. рис. 4). Фундаментный блок и башня, поддерживающая верхнее строение, образованы у них цилиндрическими оболочками. Другой отличительная особенность платформ этого типа является наличие волнозащитных оболочек в районе ватерлинии и по контуру фундаментного блока.

Для глубоководных платформ характерны значительное по площади опирание на грунт; использование внутренних объемов сооружения (ячеек фундаментного блока и колонн) в качестве подводных хранилищ углеводородов; относительно небольшое время, в течение которого платформа опускается на дно и приобретает способность противостоять внешним воздействиям.

3. Железобетонные гравитационные платформы проектов Condeep (а) и SeaTank (б)

4. Железобетонная гравитационная платформа проекта Doris

Габариты и масса верхнего строениягравитационных железобетонных платформ значительно больше, чем у платформ на сквозном опорном блоке.

Возвышение палубной конструкции платформ над уровнем спокойной воды составляет от 19 до 29 м, что является существенным при обеспечении ряда морских операций, например, доставки и перегрузки материалов и снабжения, доставки сменных бригад, выполнения аварийно-спасательных операций и прочее, и определяет функциональные требования к обслуживающим судам и плавучим техническим средствам. Общая высота надводной части сооружения достигает 120 м.

Опорные колонныв платформах типа Condeep: (рис 3)

- Внешний диаметр колонн 9 - 13 м вверху и увеличивается к основанию до 14 - 23 м. Толщина стенки колонны меняется с верха до основания (увеличивается). Сужение колонны в верхней части и, особенно в районе ватерлинии, обусловлено стремлением к уменьшению волновых нагрузок.

В каждой колонне размещается до 24 бурильных труб. Размещение бурильных труб внутри колонн служит дополнительным средством охраны окружающей среды и одновременно защищает сами трубы от воздействия волн и плавающего льда. С одной такой платформы, обычно пробуривают до 40 – 42 скважин.

Фундаментный блокгравитационных платформ имеет ячеистую структуру. Внутренний диаметр ячеек цилиндрической формы в платформах Condeep около 20 м;

ячейки, в платформах по проектам Andoc и SeaTank, имеют размер около 12 м.

Ячейки в платформах Doris имеют разнообразную форму в плане: круглую, квадратную, в виде сектора или части кольца. Стенки ячеек, испытывающих внешнее гидростатическое давление, выполняют цилиндрической формы.

Высота фундаментного блока составляет в среднем 0,37 - 0,46 глубины моря в месте установки.

Большинство проектов платформ предусматривает использование ячеек фундаментного блока в виде балластных отсеков, предназначенных как правило для емкостей для хранения углеводородов при эксплуатации. У платформ типа Doris часть ячеек заполняется твердым балластом и не перекрывается сверху.

Волнозащитная оболочка,имеющаяся в ряде проектов платформ, представляет собой железобетонную стенку вокруг платформы с отверстиями в ней диаметром 0,8-1,3 м, что позволяют вдвое снизить интенсивность волновой нагрузки. (рис 4). Сооружения с волнозащитной оболочкой более громоздки и тяжелы по сравнению с платформами типа Condeep.

Платформы для глубин до 70 м представляют собой, как правило, литую монолитную железобетонную конструкцию, предназначенную для бурения, добычи и хранения нефти. Внутренний объем платформы разделен на 8 - 50 ячеек.

Платформы для глубин до 200 м имеют более сложную конструкцию, (рис. 5) основными элементами которой являются: опорное основание, фундаментный блок, опорные колонны, верхнее строение. Верхнее строение такой платформы имеет площадь палубы от 4 до 50 тыс. м², что по этому параметру сопоставимо с искусственными островами и позволяет размещать разнообразное буровое оборудование и системы жизнеобеспечения. Корпус (понтон) верхнего строения может строиться как металлическим, так и из железобетона. Металлический корпус, сформированный как пространственная ферма легче, чем железобетонный, что облегчает его монтаж на плаву.

Рис 5.5. Стационарная гравитационная платформа проекта Sea Tank для глубины 150 м из железобетона: 1 - опорное основание, 2 - фундаментный блок, 3 - опорные колонны, 4 - верхнее строение.

Опорное основание обычно вписывается в круг диаметром 100 м или квадрат со стороной 100 м.

(. и рис. 6).

Особый архитектурно-конструктивный тип имеет гравитационная железобетонная платформа "Hibernia", построенная в конце 90-х г.г. XX века. Общий вид платформы Hibernia приведен на рис. 7. Платформа установлена на глубине 80 м, включает экипаж 185 чел. и имеет диаметр фундаментного блока 106 м, высотой 111 м. Масса верхнего строения 37 тыс.т. Высота буровой вышки 72 м. Общая высота платформы 224 м, а масса - 1.2 млн. т (после установки). Фундаментный блок имеет емкость для хранения нефти объемом 260 тыс. м³. Его высота 85 м. Платформа может эксплуатироваться без повреждений при ударе айсберга массой 1 млн. т. Вероятность такого столкновения оценивается как возможная один раз в 500 лет. На проект Hibernia к марту 1997 года было потрачено около 5,4 млрд. долл.

Гравитационные платформы для глубин свыше 200м еще не имеют устоявшейся архитектуры. На такой глубине для обеспечения достаточной устойчивости требуется значительная площадь основания.

Рис. 5.7. Общий вид гравитационной платформы "Hibernia"