Морские стационарные платформы

Содержание Введение

1.Техническая часть

1.1 Морские стационарные платформы

1.2 Область применения и классификация морских стационарных платформ

1.3. Морские стационарные платформы пирамидального (ферменного) типа

1.4. МСП башенного типа (ледостойкие конструкции)

1.5. Упругие морские стационарные платформы (глубоководные конструкции)

1.6. Гравитационные морские стационарные платформы (ГМСП) список использованной литературы вВедение Морские буровые установки принято классифицировать по двум признакам:

— по принципиальной конструктивной схеме и положению в рабочем состоянии сооружения (средства), служащего основанием (монтажной базой) бурового оборудования;

— по условной предельной глубине бурения, т. е. по признаку, являющемуся основным для сухопутных буровых установок.

По первому признаку, т. е. по особенностям основания (монтажной базы), все буровые установки принято классифицировать следующим образом: стационарные — свайные, опорно-свайные, опорные; передвижные опорные — самоподъемные, с погружным корпусом; безопорные — полупогружные, буровые суда.

Конструкция стационарной платформы определяется, во-первых, условиями окружающей среды, а во-вторых, принятой схемой разработки.

К условиям окружающей среды относятся: глубина моря, волновые, ветровые, сейсмические и ледовые нагрузки, течения, физико-механические свойства грунтов, слагающих дно в месте установки платформы. Проекты разработки и оснащения морских нефтегазовых месторождений предусматривают определение количества наклонно направленных скважин, располагаемых на одной платформе (10 — 30 и более в зависимости от геологических условий месторождения), и всего комплекса оборудования для подготовки, транспортировки и хранения нефти. Сочетание всех перечисленных факторов определяет нагрузки на сооружение, а отсюда и его конструктивное решение.

Стационарное основание связано с морским дном и передает на него вес бурового оборудования и все нагрузки, возникающие в период строительства скважины. Конструкция стационарного основания зависит от условий, для которых оно предназначено, и в первую очередь от глубины моря. Наиболее простым видом стационарного основания является свайное.

Свайные основания используют при сравнительно небольших глубинах моря — порядка 15−26 м и реже до 40 м. Для их создания в морское дно забивают сваи, на них сваривают конструкцию платформы, делают настил и монтируют основное и вспомогательное буровое оборудование. При глубине моря до 15−20 м для сообщения с буровыми, подвоза оборудования, инструмента и материалов на сваях можно прокладывать эстакады. Если глубина моря превышает 20 м, то строительство эстакад становится экономически нерациональным.

Основное преимущество свайных оснований — их низкая стоимость по сравнению с другими видами оснований, недостаток — в ограничении области применения малыми глубинами моря (25 — 40 м) и невозможность многократного использования.

Стационарные опорно-свайные и опорные основания позволяют проводить буровые работы до глубин моря порядка 150 м. Стационарная буровая платформа состоит из двух частей: подводной и надводной. Подводная часть включает один или несколько опорных блоков. Наиболее широко применяют опорные блоки пирамидальной формы. Надводная часть имеет одну или несколько секций и представляет собой пространственный каркас. Все оборудование может быть одном уровне (палубе) или на двух. Двухъярусное размещение позволяет сократить размеры площадки. В этом случае на нижней палубе устанавливают растворный узел, буровые насосы, блок очистки бурового раствора, устьевое оборудование. Все остальное буровое оборудование выносят на верхнюю палубу. Здесь же располагают жилые помещения и вертолетную площадку. У стационарных платформ опорно-свайного типа после установки в заданном пункте забивают сваи внутри опорных колонн и затем цементируют их.

1.Техническая часть

1.1 Морские стационарные платформы На первом этапе развития конструкций первое металлическое свайное основание было разработано Н. С. Тимофеевым, металлические сваи которого погружались методом забуривания. После бурения шурфов под сваи и установки и цементирования свай в морском дне пролётное строение собиралось и сваривалось на месте строительства.

В 1940 г. Б. А. Рагинский предложил крупноблочную конструкцию верхнего строения морского основания, которая устанавливалась и монтировалась на зацементированных сваях. Применение крупноблочных элементов заводского изготовления резко сократило время строительства.

В процессе разработки морских месторождений потребовалось надежное сообщение между отдельными объектами, расположенными на морских стационарных основаниях. Доставка грузов на судах при волнении свыше 4 баллов и ветре свыше 5 баллов была затруднена. Кроме этого, несудоходность акватории в местах разработки (например, район Нефтяных камней) обусловила создание эстакад как средств сообщения между объектами существующего промысла.

Следующим шагом в развитии конструкций было создание металлических стационарных оснований ЛАМ конструкции Л. А. Межлумова, оснований МОС конструкции Л. А. Межлумова, С. А. Оруджева и Ю. А. Саттарова. В 1976 г. на месторождении им.28 апреля построено стационарное металлическое основание на глубине моря 84 м.

В зарубежной практике освоение морских нефтяных месторождений также было начато с применением стационарных оснований на деревянных сваях. Характерной особенностью американской практики строительства стационарных морских оснований было использование железобетонных и бетонных конструкций в виде кессонов, массивов, отпускных колодцев и свай. Например, основание Коллинса, представляющее собой цилиндрическую бетонную колонну-массив диаметром 5,8 м, погруженную в грунт на требуемую глубину. Применялись гигантские массивы на кессонах с размером в плане 12 20 м, по периметру которой забивали ряд шпунтовых свай. Все пространство, окруженное шпунтовым рядом, засыпалось песком. Ввиду высокой стоимости эти конструкции не получили широкого распространения. На Марокарибском озере на глубинах до 30 м устанавливали железобетонные стойки диаметром 1,5 м с толщиной стенок 15 см и общей длиной 55 — 60 см, на которых строили основание.

На меньшей глубине применяли сваи 60 60 см, которые забивали в грунт с помощью паровых копров. Металлические стационарные морские основания для бурения скважин и добычи нефти за рубежом начали свое развитие с простейших конструкций на глубину 6 м до сложных конструкций на глубины до 305 м и более.

Вторым этапом в развитии конструкций морских гидротехнических сооружений для бурения скважин и добычи нефти было создание морских стационарных платформ (МСП), состоящих из опорной части, массивного моноблока и съемного многопалубного верхнего строения. Особенность этих конструкций — применение массивных блоков (модулей) заводского изготовления, укомплектованных определенным технологическим оборудованием и размещаемых на разных по высоте палубах многопалубного верхнего строения стационарной платформы. Это обеспечило одновременное проведение буровых работ и добычу нефти.

Наиболее ускоренное развитие конструкций морских стационарных платформ произошло при освоении нефтяных и газовых месторождений Северного моря. Наряду с массивными стационарными металлическими платформами, закрепляемыми к морскому дну сваями, в Северном море широко применяются массивные железобетонные платформы гравитационного типа. Используют также конструкции комбинированные: низ конструкции изготовляют из железобетона, а верх — из металла. Для глубоководных акваторий имеется ряд разработок платформ с натяжными опорами.

1.2 Область применения и классификация морских стационарных платформ Морская стационарная платформа (МСП) — 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 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, морская стационарная платформа является индивидуальными конструкциями, предназначенными для конкретного района работ.

В последние годы, в связи с широкими разработками по освоению морских нефтяных месторождений в различных районах Мирового океана, предложен и осуществлен ряд новых типов и конструкции МСП. Эти типы и конструкции МСП различают по следующим признакам:

— способу опирания и крепления к морскому дну;

— типу конструкции;

— по материалу и другим признакам.

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, железобетонные 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.

Реализация и разработка большого количества проектов конструкций МСП затруднили их изучение и определение технико-экономических возможностей, и главное — определение направления развития проектирования и производства МСП. Для облегчения работ в данном направлении отечественными и зарубежными специалистами предложены варианты классификации МСП. Основными признаками классификации приняты: размещение оборудования (подводное, надводное, комбинированное), способ монтажа, характер деформации опор, тип конструкции, сопротивление внешним воздействиям, статическая и динамическая жесткости, характер крепления, материал, способ транспортировки и монтаж опорной части.

На данном уровне развития проектного дела авторы рекомендуют провести условно границу между глубоководными и обычными конструкциями МСП, приняв глубину моря 300 м, выше которой все конструкции следует считать глубоководными. На рисунке 4.1 приведена классификация глубоководных МСП. На первом уровне классификации проведено деление МСП на жесткие и упругие. По мнению авторов, такое деление является объективными, 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 бетон-сталь.

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

Рисунок 4.1 — Классификация глубоководных МСП 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. Из-за небольшого количества проектов упругих сооружений авторы не считают целесообразным классифицировать их на третьем уровне.

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»), RGС («жесткая гравитационная бетонная») и т. д.

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

Наибольшее число проектов 57% разработано для вод глубиной 305 — 365 м. 30% - для глубин 365 — 460 м и 13% - на глубины больше 460 м. Имеются проекты, в которых предусматривается горизонтальная сборка секций опорной части МСП на плаву путем вращения собираемой конструкции вокруг ее продольной оси и в наклонном положении.

Изготовление цельносварной опорной части, транспортирование ее на супербаржах и буксировка опорной части МСП «Хармони» предусматриваются на барже размерами 274 67 15 м. Среди строящихся башен МСП пока крупнейшей является башня «Баллуинкл». Она установлена в Мексиканском заливе на глубине 411 м. Общая масса платформы 78 тыс. т, размер фундамента 121 146 м, стоимость составила около 500 млн $, МСП рассчитана на 60 скважин. Ожидался максимальная суточная добыча нефти 7,95 тыс. м в 1991 г. и газа — 2,5 млн. м в 1992 г.

1.3 Морские стационарные платформы пирамидального (ферменного) типа Морские стационарные платформы, закрепляемые сваями, представляют собой гидротехническое металлическое стационарное сооружение, состоящее из собранного на береговой строительной базе опорной части (основания), которая простирается от морского дна до некоторой отметки над водной поверхностью и крепится к морскому дну сваями, и металлического, заранее изготовленного верхнего строения, оснащенного комплексом технологического оборудования и вспомогательных средств и устанавливаемого на опорную часть МСП.

Наиболее распространенных типов МСП пирамидального (ферменного) типа, предназначенных для глубин 110 — 150 м, показаны на рисунке 4.2. Металлическое опорное основание имеет вид одного или нескольких блоков в форме пирамиды или прямоугольного параллелепипеда (пространственной фермы). Стержни решетки блока изготовляют в основном из металлических трубчатых элементов. Количество блоков опор определяется надежностью и безопасностью работы в данном конкретном районе, технико-экономическими обоснованиями и наличием грузоподъемных и транспортных средств на заводе-изготовителе опорной части МСП. Трубчатые сваи забиваются в грунтовое основание через колонны опорного основания. Эти сваи не только поддерживают платформу, но и фиксируют сооружение в целом от сдвигающих нагрузок, вызванных ветром, волной и течением.

Типичная конструкция буровой морской стационарной платформы расположена в Мексиканском заливе на глубине около 90 м.

Рисунок 4.2 — Конструкция современной МСП на опорном основании ферменного типа Верхнее строение имеет в плане размеры 18 36 м и массу около 900 т. Масса опорного основания около 1800 т. Восемь трубчатых свай 1, забитых через колонны опорного основания, имеют наружный диаметр 1,22 м и толщину стенки около 25 мм. В дополнение к ним по периметру основания забиты четыре «окаймляющие» сваи 2. Все сваи забиты в грунт с наклоном 1:7 к вертикали на глубину от 60 до 90 м.

Сооружение рассчитано на суммарную горизонтальную нагрузку от ветра, волны и течения, равную 13,5 МН, соответствующую максимальным штормовым условиям.

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 вспомогательного оборудования, систем, инструментов 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.

Ниже приведены краткие технические данные МСП для одновременного бурения скважин двумя буровыми установками на месторождении им. 28 апреля на глубине 100 м.

Размер в плане, мм:

производственной площадки … .71 50

опорного блока …16 49

Масса, тыс, т:

платформы …12,1

опорного блока …2,04

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

В зарубежной практике в целях совершенствования конструкций МСП имеется ряд принципиальных решений. Например, в проекте платформы для месторождения Эйдер (Северное море) из конструкции исключены направляющие устройства для забивки свай с поверхности, сокращено число поясов фермы; элементы, расположенные в труднодоступных для осмотра местах имеют усталостную долговечность 120 лет.

Крепление свай к опорам платформы с помощью бетонирования выполняется под водой с применением дистанционно управляемого подводного аппарата. Исключена дистанционная балластировка опор платформы и упрощена трубопроводная обвязка.

В Мексиканском заливе в 1978 г. установлена жесткая опорная часть МСП «Коньяк» (проект фирмы «Макдермотт») на глубине 312 м. Пирамидальный моноблок состоит из трех секций, восьмиопорных и двух выносных опор. Выносные опоры прикреплены к опорной ферме на высоте 122 м от морского дна. Моноблочная ферма крепится к морскому дну сваями длиной 190 м. Сваи заглублены в морское дно на 137 м и пропущены через 24 направляющих кондуктора по наружному периметру фундамента. Период собственных колебаний конструкции от 4 до 5 сек. Масса блока 33,5 тыс. т, свай и направляющих кондукторов 23 тыс. т, общая масса МСП 59 тыс. т.

Имеются проекты и разработки МСП с пирамидальным моноблоком на глубину 488 м (проект «Галф оф Мексико платформ»), на глубину 396 м (проект «Фиксед платформ»), проект из двух опорных блоков на глубину 450 м (проект «Твин тауэр» для Северного моря) и др.

1.4 МСП башенного типа (ледостойкие конструкции) морской месторождение платформа стационарный Первое существенное изменение конструкции морских платформ произошло в 60-х годах при проектировании сооружений, предназначенных для эксплуатации в заливе Кука у Аляски. Обширные движущиеся ледовые поля могут ударяться о сооружение и оказывать на него нагрузки большие, чем штормовые ветер, волны и течение. В конструкциях сооружений, предназначенных для этого района, удалены диагональные и горизонтальные связи в зоне, соответствующей приливным изменениям горизонта воды, а также там, где они могут быть разрушены плавающим льдом. Верхнее строение у таких сооружений опирается на четыре колонны большого диаметра. Внутри каждой колонны по периметру забито несколько свай. Такие конструкции МСП башенного типа получили название ледостойких. Одно из таких сооружений в период его эксплуатации имеет следующие параметры. Колонны опорного основания имеют диаметр 4,6 м и высоту 42 м, через каждую из них в грунт на глубину до 27 м забито по восемь свай диаметром 0,75 м.

Рассчитанные в основном на восприятие ледовых воздействий, эти сооружения устанавливают так же, как обычные. Опорное основание собирают на береговой площадке, буксируют к месту эксплуатации, устанавливают в вертикальном положении и закрепляют с помощью свай, забиваемых через колонны.

Благодаря большому диаметру колонн, опорное основание обладает достаточной плавучестью, что позволяет обойтись без специальных барж для транспортировки.

Ниже в качестве примера приведено краткое описание платформы «Доллы Уорден», установленной в заливе Кука. Платформа разработана для бурения куста скважин из 32 — 48 скважин двумя буровыми установками и рассчитана на следующие параметры:

Скорость, м/с:

максимальная непрерывно продолжающаяся … 27

порывистого ветра …36

морских течений … …3,05

Толщина ледяного покрова, м …1,8

Температура, 0 С:

окружающего воздуха … …40

подводной среды … …7

Максимальное колебание отливов и приливов, м … …10,7

Максимальная масса айсбергов, т … …40

Квадратный корпус платформы расположен на высоте 54,6 м от морского дна. Масса корпуса 500 т. Корпус опирается на четыре цилиндрические опоры диаметром 5,2 м. Расстояние между центрами опор 24,4 м. Опоры изготовлены из хладостойкого стального листа толщиной 19 — 51 м. Более толстая часть листа опор расположена в месте контакта лед — воздух на длине периодической смачиваемости. Внутри опорные колонны усилены внутренней трубой диаметром 2,75 м и рядом горизонтальных диафрагм и вертикальных ребер жесткости по всей длине колонны. Вверху колонны соединены четырьмя горизонтальными поясами, изготовленными из хладостойкого стального листа толщиной 19 — 25 мм. Пояса внутри усилены кольцевыми диафрагмами и продольными ребрами жесткости и служат опорой палубы платформы. Внутри поясов размещены отсеки для хранения питьевой и технической воды, топлива и стоков жидкости.

Подводная часть конструкции внизу связана горизонтальными и диагональными трубчатыми элементами диаметром 1,8 м. Платформа крепится ко дну 28 сваями диаметром 840 мм и длиной 106,7 м., расположенными внутри ног и углубленными в морское дно на 55 м. Свай служат также направлением для бурения восьми скважин в каждой опоре. Масса опорной части 4400 т.

Трехпалубная система установлена на корпусе и состоит из верхней буровой, средней эксплуатационной и нижней палуб. Буровая палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,040 — 0,075 МПа с более высокой несущей способностью в зоне подсвечников. На палубе смонтированы две буровые установки, рабочие и запасные емкости бурового раствора и стеллажи для труб, шесть емкостей вместимостью по 28,3 мі для хранения цемента.

За пределами палубы на консоли установлено жилое помещение на 72 человека, а под стеллажами бурильных труб — дополнительное жилое помещение. Над крышей основного жилого блока расположена вертолетная площадка. Каждая буровая на платформе укомплектована вышкой с нагрузкой на крюке 4500 кН, буровой лебедкой с электроприводом, рассчитанной на глубину бурения до 6000 м. Циркуляционная система из двух емкостей общей вместимостью 100 мі и запасной — 90 мі.

Эксплуатационная палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,04 — 0,047 МПа. Палуба высотой 6,1 м разделена огнеупорными перегородками на семь отсеков.

На нижней палубе установлены центробежные насосы, два котла, парогенератор, агрегат для дистилляции морской воды, воздушные компрессоры и насосы для перекачки нефти на берег. Система обогрева включает два котла эквивалентной мощностью по 129 кВт, питаемые водогликолевой смесью, и используется для обогрева всех помещений на платформе, кроме жилья, которое обогревается электрическими источниками тепла.

Два центробежных насоса мощностью по 11 кВт обеспечивают циркуляцию водогликолевой смеси по замкнутой системе. В узловых пунктах платформы установлены автоматические нагреватели, снабженные вентиляторами.

Электросистема переменного тока напряжением 480 В питается от дизель-генераторов мощностью 750 и 500 кВт и газотурбогенератором мощностью 850 кВт. В одном из отсеков опорных поясов хранится 570 мі топлива, расходная емкость топлива размещена в отсеке дизель-генераторов. Котлы, парогенератор и все газовые турбины работают на попутном газе.

Работающий персонал на платформе, включая буровые бригады, операторов по добыче и вспомогательных рабочих, составляет 85 человек.

Кроме конструкций, имеющих по четыре колонны в опорном основании, в заливе Кука установлена конструкция с одной колонной (монопод). Необходимая для буксировки плавучесть создается здесь благодаря резервуарам, прикрепляемым к нижней части опорного основания. Для закрепления сооружения на дне и поддержания верхнего строения в грунт через опорные колонны забиваются основные сваи, а по периметру основания «окаймляющие» сваи.

1.5 Упругие морские стационарные платформы (глубоководные конструкции) В отличие от жестких конструкций МСП период основных собственных (поперечных) колебаний упругих МСП (башен) превышает период морских волн. При этом большая часть волновой нагрузки на башню поглощается за счет инерции конструкции и не передается стержням фермы. Упругой башней называют относительно тонкую стальную пространственную ферму из стержней с довольно равномерным по высоте расстоянием между горизонтальными поясами.

На рисунке 4.3 показана конструкция в виде мачты (башни), состоящей из вертикального ствола постоянного сечения и удерживающих его оттяжек, прикрепленных к лежащим на дне гирляндам массивов. От массивов оттяжки идут к анкерам, образуя систему двойного заякорения. При обычных нагрузках на сооружение гирлянды массивов не отрываются от дна и исключают боковые перемещения ствола. Но во время жестокого шторма гирлянды массивов отрываются от дна вследствие натяжения оттяжек усилиями, передающимися от ствола. В результате этого внешние нагрузки на сооружение амортизируются его колебаниями, а оттяжки не перегружаются. Считается, что такие сооружения применимы при глубинах до 600 м.

К классу упругих башен относят находящуюся в эксплуатации в Мексиканском заливе на глубине 305 м МСП «Лена». Конструкция ее представляет собой ферму квадратного сечения со стороной квадрата 36,6 36,6 м, высотой 320 м и массой 21 тыс. т. В верхней части фермы имеется 16 опор диаметром 1220 мм, на которых установлено верхнее строение. Нижняя часть башни имеет 12 таких опор. В пределах верхней половины башни размещены 12 понтонов диаметром 6,1 м, длиной 36,6 м, обеспечивающие 9100 т плавучести. Понтоны стабилизируют платформу, уменьшают давление на фундамент, значительно облегчают монтаж платформы и оттяжек.

Изготовленная башня транспортировалась баржей длиной более 200 м, с которой был впервые осуществлен боковой спуск (на борт). Это позволило снизить на 3 тыс. т массу башни МСП и в 4 раза сократить время на спуск. На месте монтажа башни были установлены четыре оттяжки, которые после спуска башни на воду были присоединены к башне. После установки на место башня была закреплена восьмью основными сваями диаметром 1330 мм, которые проходят до палубного блока. По мнению специалистов фирмы «Эксон», четыре оттяжки и основные сваи способны удерживать башню в вертикальном положении без верхнего строения при любых погодных условиях, случающихся один раз в 100 лет в Мексиканском заливе (высота волны 22 м, скорость ветра 58 м/с).

Затем к башне прикрепили 16 дополнительных оттяжки диаметром 127 мм, в морское дно по наружному периметру забили шесть дополнительных торсионных свай диаметром 1900 мм на глубину 30,5 м. Оттяжки выполнены из 292 спирально навитых гальванизированных стальных проволок, защищенных полиэтиленовой оболочкой, с разрывным усилием 13 мН. Каждая оттяжка длиной 549 м от платформы до якоря. Оттяжки введены в конструкцию башни через специальный роульс и направляющий башмак и крепятся к опоре башни на глубине 4,5 м от уровня моря. Это обеспечило ввод оттяжки в конструкцию опоры башни на глубине 30 м от уровня моря.

Рисунок 4.3 — Конструкция в виде мачты (башни) Каждый якорь состоит из нескольких звеньев, имеющих цепное соединение. Во время отклонения башни от вертикали под действием ветра, волн и течений частично приподнимаются звенья с морского дна. Верхнее строение башни трехпалубное размером 47,6 47,6 м и общей площадью 6970 м². На нем размещены две буровые установки для бурения до 58 скважин и жилье для 140 человек. Верхняя палуба платформы расположена на высоте 35 м и нижняя — 18,6 м от уровня моря. Общая масса опорной части башни и палубного верхнего строения составляет приблизительно 47 тыс.т.

Используя опыт эксплуатации МСП «Лена», фирма «Эксон» изучила шесть проектов глубоководных МСП, разработанных специалистами фирмы. Нагрузки от окружающей среды и гравитационные, действующие на МСП «Лена», распределяются на сваи, оттяжки, инерционность конструкции и понтоны.

Перераспределяя эти нагрузки на перечисленные узлы конструкции, можно достичь оптимального варианта решения конструкции. Например, вес палубы можно передать на сваи или компенсировать подъемной силой понтонов. Понтоны, кроме этого, компенсируют горизонтальные силы, обеспечивая устойчивость платформы, уменьшают или полностью снимают нагрузки на оттяжки. Инерция основания увеличивает период боковых колебаний, снижает их амплитуду и соответственно снижает динамические нагрузки на оттяжки и сваи.

1.6 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.

Гравитационные МСП — очень массивные объекты, состоящие из двух частей: верхнего строения и опорной части. Опорная часть состоит из одной или нескольких колонн, изготовляемых из железобетона. Колонны цилиндрической или конической формы опираются на многоячеистую монолитную базу.

База относительно небольшой высоты по сравнению с колоннами, состоит из ячеек-понтонов, жестко связанных между собой, и заканчивается в нижней части юбками с развитой общей опорной площадью на морское дно. Размеры опорной многоюбочной плиты бывают в длину 180 м и по ширине до 135 м.

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. 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. Впервые конструкции такого рода установлены в середине 70-х годов в районе Северного моря. На рисунке 4.4 приведена схема платформы типа «Кондип», разработанной в Норвегии и установленной в норвежском секторе Северного моря, на месторождении Статфьорд. «Кондип» означает «concrete deepwate», т. е. «бетонная», «глубоководная».

Рисунок 4.4 — 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 Конструкция ГМСП состоит из: нижней части 1, представляющей собой соединение в монолитную конструкцию 24 понтонов, в которых хранится нефть и четырех опорных колонн 6 (двух буровых, в которых установлен ряд труб диаметром около 750 мм, служащих направлениями для бурильной колонны во время бурения скважины, третьей разводной колонны, в которой размещен ряд труб, соединяющих ее с другими платформами или с загрузочными буями, и четвертой подсобно-хозяйственной, в которой расположена большая часть оборудования.

Внутри колонна разделена на 13 горизонтальных площадок, на которых установлены крупные и мелкие агрегаты и устройства (насосы, трубопроводы, вентиляционное оборудование, лифты, лестницы и т. п.).

Верхнее строение 5 состоит из двух ферм массой по 2000 т, соединенных между собой перемычками, и палубы размером 144 55 14 м массой 5000 т. На палубе установлены модули. Масса отдельных блоков составляет около 2000 т, общая транспортная масса оснащенной палубы 39 000 т. Фермы установлены на четыре насадки верхней части опорных колонн.

В таблице 4.1 приведены краткие технические данные ГМСП, установленных на месторождении Статфьорд.

В разработках проектов гравитационных платформ применяются новые решения. Например, в проекте комбинированной конструкции платформы «Карин» использован эффект взаимной компенсации волновых нагрузок. Это достигается тем, что геометрическая форма моноблока платформы представляет собой правильный шестиугольник. По углам шестиугольника и в его центре размещены семь опор. Расстояние между опорами выбрано такое, при котором две соединенные между собой опоры подвергаются воздействию одинаковых по величине, но противоположных по направлению сил. Это расстояние равно половине длины волны (рисунок 4.5).

Хотя эффект взаимной компенсации волновых нагрузок учитывался и ранее, однако в фермах четырехугольного сечения степень этой компенсации зависит от направления волны и, следовательно, полностью учитываться он не мог. Ферма шестиугольного сечения имеет практически в любом направлении одинаковую ширину, и этим достигается наибольшая компенсация волновых нагрузок.

Наибольшие усталостные разрушения конструкции вызывают инерционные составляющие волн, допустимый период которых составляет 4 — 7 с. Для полной взаимной компенсации волновых нагрузок необходимо, чтобы между площадями сечения элементов в центре фермы и угловых опор имелось определенное соотношение. В случае отсутствия направляющих колонн сечение центральной опоры должно быть в 2 раза больше площади сечения угловой опоры.

Рисунок 4.5 — Схема компенсации волновых нагрузок на платформе «Карин»

А — длина волны, равная двум радиусам окружности; Б — длина волны, равная двум апофемам; I — направление волны; II — направление сил лобового сопротивления В практике конструирования обычно вокруг центральной опоры размещают направляющие колонны скважин, которые также подвергаются воздействию волн. Они располагаются так, что воздействие максимальных нагрузок не происходит одновременно, поэтому пространство, которое они занимают, должно быть больше чем в 2 раза.

Таблица 4.1

Краткие технические данные платформ типа «Кондип», установленных на месторождении Статфьорд в Северном море

На глубинах больше 300 м, по мнению зарубежных специалистов, более выгодно использовать опорные части платформ легкой стальной конструкции, обладающей достаточной статической прочностью. В целях снижения массы между опорами предусмотрены диагональные раскосы без горизонтальных поясов. Это также снижает лобовое сопротивление платформы. Предусматривается также применение ковочно-штамповочных соединительных элементов в конструкции моноблока. С их использованием, по проекту фирмы, долговечность платформы составит 160 лет. Конструкция также выдержит любые, учитываемые при проектировании, землетрясения.

Широкое применение в зарубежной практике ГМСП обусловлено некоторыми преимуществами по сравнению с металлическими стационарными платформами: доступностью и низкой стоимостью исходных материалов, использованием рабочей силы низкой квалификации, простотой изготовления, относительно простыми средствами механизации строительных работ и т. п. Вместе с тем строительство этих массивных сооружений потребовало решения ряда технологических задач, связанных с их изготовлением и транспортировкой по морю, а также установкой их на место эксплуатации в море.

1. Агагусейнов Ю. А. и др. «Самоподъемные плавучие буровые установки». — М.: Недра, 1979 г.

2. Архангельский И. В., Тимофеев А. Н. Бурение скважин с плавучих установок при инженерно-геологических изысканиях. — М., Недра, 1976. — 260 с.

3. Бреббик К., Уокер С. «Динамика морских сооружений». Л., Судостроение, 1983 г.;

4. Баладинский В. Л., Лобанов В. А., Галанов Б. А. «Машины и механизмы для подводных работ»: Л.- Судостроение, 1979 г.;

5. Волков Ю. С., Рыбалов И. И. «Сооружения из железобетона для континентального шельфа». М., Стройиздат, 1985 г.;

6. Вяхирев Р. М., Мирзоев Д. А. «Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений». М., изд. Академии горных наук, 1999 г.;

7. Галахов И. Н., Литонов О. Е., Алисейчик А. А. «Плавучие буровые платформы». — Л.: Судостроение, 1981 г.;

8. Гусейнов Ч. С., Иванец В. К., Иванец Д. В. «Обустройство морских нефтегазовых месторождений». — М.: Издательство «Нефть и газ». РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2003 г.;

9. Доусон Т. «Проектирование сооружений морского шельфа». — Л., Судостроение, 1986 г.;

10. Ермолаев Г. Г., Зотеев Е. С. «Основы морского судовождения». — М., Транспорт, 1988 г.;