Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы для работы в ледовых условиях
Автор: Ильина Снежана Владимировна
Рубрика: 8. Строительство
Опубликовано в
международная научная конференция «Технические науки в России и за рубежом» (Москва, май 2011)
Статья просмотрена: 9642 раза
Библиографическое описание:
Ильина, С. В. Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы для работы в ледовых условиях / С. В. Ильина. — Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Москва, май 2011 г.). — Москва : Ваш полиграфический партнер, 2011. — С. 86-91. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/3/660/ (дата обращения: 17.08.2024).
Морская стационарная платформа (МСП) – морское нефтегазо-промысловое сооружение, состоящее из верхнего строения и опорного основания, зафиксированное на все время использования на грунте и являющееся объектом обустройства морских месторождений нефти и газа [1, 2]. В среднем эксплуатационный период МСП на месторождении составляет 25 лет [1].
Все установки (платформы) для морского бурения подразделяются на три основные категории: стационарные – постоянные основания, эстакады, искусственные острова; полустационарные – плавучие (самоподнимающиеся) буровые установки; подвижные – буровые суда, баржи и другие плавучие устройства (полупогружные установки) [3].
Состав гидротехнических сооружений для освоения шельфа находится в непрерывном развитии. Это связано с освоением новых районов, выходом на более глубоководные участки и с появлением новых технических решений. Стационарные сооружения представляют собой наиболее развивающуюся и многочисленную группу гидротехнических сооружений для освоения шельфа. Они используются главным образом для долговременной эксплуатации - бурения скважин, добычи, переработки и хранения нефти и газа [4-6].
Суровые природные условия морских районов Севера и Арктики требуют принципиально новых технических решений по освоению нефтяных и газовых месторождений этих районов, а также высокая стоимость самих объектов и проектных решений.
Главная проблема при создании сооружений для освоения нефтегазопромысловых шельфов заключается в том, что с увеличением глубины водоема значительно, в несколько раз, увеличивается стоимость таких сооружений. Поэтому главная задача для проектанта найти оптимальное соотношение таких показателей как надежность и экономичность технических средств для эксплуатации морских стационарных платформ (МСП) в районах со сложными ледовыми условиями [7-9].
Следовательно, выделим основные факторы для проектирования МСП в ледовых условиях:
- эксплуатация месторождения должна вестись круглогодично;
- долговечность (срок эксплуатации сооружения на месторождении 20-30 лет);
- многообразие природных условий различных арктических районов требует принятия отдельных технических решений для каждого случая.
Круглогодичное производство работ по добыче нефти и газа и бурению скважин обусловливает необходимость в создании таких МСП, которые были бы надежными в работе при различных изменениях условий окружающей среды, в особенности в ледовой обстановке [7].
Отсюда можно сделать вывод о том, что при проектировании МСП предназначенных для работы в северных районах основной величиной воздействия на конструкцию является действие горизонтальных сил движущегося льда. Среднее давление ветра на конструкцию принимают равным приблизительно 2 кПа, волн - от 96 до 144 кПа, ледовая нагрузка составляет 2,88 МПа и более [10-13].
В связи с преобладанием величины ледовой нагрузки по отношению к другим (волновая и ветровая) предпочтительным типом МСП для таких районов являются моноопорные сооружения (т.е. те платформы, у которых одна массивная опора, их также называют моноподами), которые лучше противостоят надвигающемся ледовым полям [2, 7].
Все сооружения по способу сопротивления давлению льда можно условно отнести к одному из трех классов [2, 4-6]:
- установленные на морское дно и снабженные массивной опорной частью (фундаментом), на которую воздействует ледовая нагрузка;
- плавучие платформы, давление льда в которых воспринимает корпус платформы и натяжные устройства или якорная система;
- сооружения островного типа, устойчивость которых обеспечивается насыпью песка или гравия.
На рисунке 1 приводятся схемы разных типов конструкций сооружений предназначенных для эксплуатации в различных ледовых условиях.
В умеренной субарктической ледовой зоне применяют металлические стационарные платформы типа монопод 2 на (рис. 1, вар. 2), которые крепятся к морскому дну сваями. Плавучие платформы не рассчитаны на значительную ледовую нагрузку, но при разведочном бурении и добыче в глубоких водах они находят применение (рис. 1, вар. 4).
Сооружения островного типа нашли свое применение в мелководных акваториях арктического шельфа и в основном предназначены для проведения разведочного бурения, однако удаление волновой защиты с острова (например, мешков с песком) приведет к его разрушению (под воздействием волн остров практически исчезает). С увеличением глубины моря объем насыпного материала при неизменном угле откоса возрастает почти в кубической зависимости. Поэтому строительство островных сооружений многоразового использования позволяет значительно экономить строительный материал.
Рисунок 1 - Схемы конструкций сооружений для эксплуатации в различных ледовых условиях
1 - гравитационное основание башенного типа с коническим неподвижным ледоломом; 2 - свайное основание с одной опорой и монолитным фундаментом; 3 - конструкция основания с развитой опорной частью; 4 - плавучее основание с якорной системой, полупогружное с противоледовой защитой; 5 - полупогружное основание с ледорезом; 6 - насыпное гравийное основание; 7 - гравитационное основание с оградительным кольцом; 8 - основание многоразового использования, островного типа, из стальных кольцевых кессонов.
В настоящее время предпочтение отдается кессонным конструкциям сооружений островного типа. В качестве кессонов могут использоваться бетонные блоки, стальные кольцевые конструкции с жесткой платформой или без нее. Для более глубоких вод имеются проекты из отдельных кольцевых кессонов (рис. 1, вар. 8). Например, компанией «Эксон» разработана конструкция бетонного конического сооружения для глубин моря 18 - 36 м. Сооружение предназначено для работы в монолитных торосах с толщиной подводной части 23 м и надводной - 7 м. Подводные льдины, надвигаясь на сооружение, движутся вверх по конической поверхности и ломаются. В целях применения этих конструкций на более глубоких акваториях компания «Эксон» предложила донную конструкцию, которая служит опорой конического сооружения, что дает возможность применить его на глубинах до 60 м.
Также предложена конструкция стационарной гравитационной бетонной платформы с кольцевым отбойным устройством с целью защиты от воздействия айсбергов (рис. 1, вар. 7). Предполагается, что в случае столкновения айсберга с платформой кольцевое отбойное устройство должно горизонтально переместиться по неподвижному основанию и кинетическая энергия должна быть поглощена за счет силы трения, возникшей между платформой и отбойным устройством (коэффициент трения 0,55). Предполагается что после удара устройство дебалластируется, возвращается в исходное положение с помощью лебедок и вновь заполняется балластом. Сдвиг устройства, по мнению разработчиков, произойдет только после столкновения конструкции с айсбергом массой от 10 - 50 млн. т. Если устройство столкнется с айсбергом массой менее 10 млн. т, то устройство не сдвинется с места и погашение кинетической энергии произойдет за счет разрушения от соприкосновения его с острыми углами на поверхности устройства. Предполагается что, в обоих случаях устройство должно погасить большие динамические нагрузки при столкновении с айсбергом и защитить платформу от разрушения.
Еще предлагается конструкция платформы «Чейн-Стар», у которой ледовую нагрузку от айсбергов воспринимают якорные цепи, расходящиеся лучами. Цепи, по мнению фирмы, позволяют погасить кинетическую энергию и остановить айсберг на большом расстоянии от платформы. Цепи прикрепляются одним концом к якорям на морском дне, а другим - к поглотителям энергии на верхней части платформы. Поглотители энергии сравнительно громоздкие и требуют специальной системы регулирования. Фирма «Скэнска» рекомендует использовать цепную систему для защиты платформы, представляющей собой ступенчатый кессон. На кессон устанавливается верхнее строение на четыре колонны. При такой конструкции цепная система сможет остановить айсберг массой до 3,5 млн. т, движущийся со скоростью 3,7 км/ч.
Следует отметить, что в настоящее время разработан и предложен ряд технических решений в области конструкций морских стационарных сооружений, однако применяются они лишь в ограниченных районах: мелководных зонах прибрежного льда, зоне арктического пакового льда и глубоководной зоне прибрежного льда в районе Канадских арктических островов, море Бофорта, а также на Сахалинском шельфе [3, 4, 10-13, 15, 23].
Пока не созданы надежные конструкции для работы в акваториях с паковым льдом на глубинах более 20 м. Наиболее предпочтительными являются стационарные сооружения кессонного типа, которые предлагается использовать в условиях пакового льда на водных глубинах до 60 м.
Одним из наиболее эффективных вариантов морских стационарных платформ ледового типа является МСП в виде монопода 8 (рис. 1).
Задачи при выборе типа МСП для работы ледовых условиях
При выборе типа МСП для работы в сложных ледовых условиях проектировщику необходимо решить следующие задачи [2, 4, 5, 6]:
1) изучение окружающей среды с целью получения достоверных сведений в конкретном районе предполагаемой установки сооружения (волнение, ветер, ледовая ситуация, грунтовые условия, сейсмичность);
2) выбор типа МСП;
3) изучить поведение конструкции в эксплуатационных и экстремальных условиях;
4) произвести экономические обоснования;
5) создание проектной документации.
Практическое использование МСП для работы в ледовых условиях Сахалинского шельфа
Платформа «Орлан» первоначально носила название «Glomar Beaufor sea I» (Гломар Бофорт Си I) и была построена в 1983-1984 гг. в Японии. В 1984 г. платформа была отбуксирована и установлена в море Бофорта (США, штат Аляска). Платформа эксплуатировалась в море Бофорта в качестве установки разведочного бурения. В результате ее эксплуатации было практически доказано, что конструкция платформы приспособлена для круглогодичной эксплуатации в суровых арктических условиях. Платформа обладает большим опытом работы в условиях льдов и соответствует самым высоким стандартам безопасности и охраны окружающей среды. В период с 1984 по 1997 г платформой пробурено 6 разведочных скважин [14, 15].
Компания «Эксон Нефтегаз Лимитед» (ЭНЛ) приобрела у компании «Global Marine Drilling» буровую платформу «Glomar Beaufort Sea I» и назвала ее «Орлан» для того чтобы использовать ее в проекте «Сахалин-1». Для участия платформы в проекте «Сахалин-1» платформа была переоборудована на ОАО «Амурском судостроительном Заводе» из разведочной в добывающую [15, 16].
Платформа относится к буровым установкам типа CIDS (CIDS – сталебетонная буровая установка на искусственном основании), которая к тому же является мобильной оффшорной буровой установкой (MODU - mobile drilling offshore). Платформа предназначена для оффшорного бурения в суровых арктических условиях на глубинах 10.7 - 16.8 м [14-16].
Американское Бюро Судоходства классифицировало эту платформу как - железобетонная погружная буровая платформа арктического типа с присвоением класса Буровая установка А1 (кессонного типа), ледовый класс IАА. По отечественной классификации платформа "Орлан" - это погружная ЖББП (ЖББП – железобетонная буровая платформа) арктического типа [14, 16].
В результате объемной работы проведенной ОАО «АСЗ» в г. Комсомольске-на-Амуре, на платформе «Орлан» были установлены следующие компоненты: вентиляционная стрела, технологический модуль, модуль инженерного оборудования, модуль устьевогооборудования, вертолетная площадка, аварийно-спасательные средства. На платформе модификации подверглись: жилой модуль, система подачи забортной воды, грузовой кран и палубные баржи [17-21].
Комплексное проведение буровых работ на платформе можно одновременно обеспечивать с помощью 8 нефтедобывающих скважин, 5 газонагнетательных скважин, 1 скважина для удаления отходов бурения и 6 скважин для использования на последующих стадиях проекта [17-21].
Платформа была успешно транспортирована и установлена на постоянное место эксплуатации на месторождении Чайво (рис. 2) по проекту «Сахалин 1» (рис. 3) [16].
- Рис. 2 - Месторождение Чайво Рис. 3 – Проектный вид МСП «Орлан»
МСП «Моликпак» - Ледостойкая платформа приобретенная компанией «Sakhalin Energy». Ранее с 1984 года платформа эксплуатировалась в Канаде, в море Бофорта. Изначально платформа была предназначена для разведочного бурения, была установлена на глубине 15 м. [23].
Платформа «Моликпак» (ПА-А) была установлена на Астохской площади Пильтун-Астохского месторождения в Охотском море в сентябре 1998 года в рамках проекта «Сахалин-2», в 16 км от побережья, глубина моря в месте установки составляет 30 м (рис. 4, 5). До осени 2008 года она являлась главным объектом производственно-добывающего комплекса «Витязь». «Моликпак» представляет собой модернизированную буровую платформу ледового класса. Название «Моликпак» означает «большая волна» на языке эскимосов северной Канады, где эта платформа базировалась раньше (в море Бофорта). В 1998 году к основанию платформы «Моликпак» было добавлено 15-метровое промежуточное стальное основание, чтобы установить ее в более глубоких водах у острова Сахалин.
Для того чтобы установить платформу на шельфе на глубину более 30 метров необходимо было поднять платформу на нужную высоту над уровнем моря, было принято решение нарастить под ее основание стальную «юбку». После переоборудования его в буровой и технологический комплекс, доставлен и установлен на шельфе северо-восточной части Сахалина в точке с координатами: 52° 42' 58" северной широты и 143 33' 58" восточной долготы, на глубине 30 метров, в 16-ти км от берега. Платформа установлена на стальной подставке, возвышающейся на 15 м над дном, заменяющей грунтовую берму.
Размеры платформы в плане 111x111 м, высота корпуса - 29 м (посадочная глубина -15 м, высота палубы 14 м). Размеры стильной подставки - 110х110х15 м.
Перед установкой платформы потребовалось сооружение котлована под ее основание с выемкой 125 тыс. м3 грунта на глубину до 6,5 м в центральной части котлована. Котлован был засыпан песчано-гравийным грунтом, добываемым на площади разведанного карьера №1, прилегающей к точке размещения платформы (около 160тыс.м3). После посадки платформы на установленное на грунтовую подушку основание, ядро ее балластируется песком. Для заполнения ядра кессона потребуется около 190 тыс.м3 песка, добываемого на площади разведанного карьера № 2 в четырех километрах к северо-западу от платформы [24].
«Моликпак» состоит из кессона, центр которого заполнен песком, обеспечивающим эффективное закрепление платформы на морском дне. Основные рабочие зоны закрыты, в них предусмотрен контроль температуры и вентиляции. Оборудование, расположенное на открытом воздухе, оснащено средствами защиты от обледенения и низких температур. Жилые помещения рассчитаны на 134 постоянных и 30 сезонных рабочих. На платформе «Моликпак» применялся метод бурения с расширенным радиусом охвата отклоненных скважин с максимальным горизонтальным отклонением до 6 км и максимальной глубиной скважин до 6650 м.
- Рис. 4 - Пильтун-Астохское Рис. 5 - Платформа «Моликпак»
- месторождение
Уникальность платформы еще и в том, что до ее появления на Сахалине работали самоподъемные буровые установки, с помощью которых были открыты практически все морские месторождения островного шельфа. Но эти установки предназначены только для поиска, оценки и разведки углеводородов и могут работать лишь в навигационный период.
- Литература:
ПРАВИЛА классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП). – Санкт-Петербург: Российский Морской Регистр Судоходства, 2001г
Интернет-ресурс: Специальный проект гильдии экологов. Все о бурении скважин - http://infoburenie.narod.ru/burenie.html.
Морские инженерные сооружения. Ч. I. Морские буровые установки: Учебник / Р.В. Борисов, В.Г. Макаров, В.В. Макров, В.С. Никитин, А.С. Портной, А.С. Симоненко, В.Ф. Соколов, И.В. Степанов, О.Я. Тимофеев; под общ. ред. В.Ф. Соколова. – СПб.: Судостроение, 2003 г., 535 с.
Пронкин А.П., Хворостовский И.С., Хворостовский С.С. Морские буровые моноопорныен основания. Теоретические основы проектирования и эксплуатации. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002, с. 303.
Симаков Г.В., Шхинек К.Н., Смелов В.А., Марченко Д.В., Храпатый Н.Г. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. Л.: судостроение, 1989г.
Скрыпник С.Г. Техника для бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1989г.
Арктические основания экономичной конструкции (фирма «Скенска», Швеция) – Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. № 3, 1985,. с. 28-29.
Крел Н. У., Буслов В. М. (Проекты разработок и эксплуатации арктических месторождений (фирма «Браун и Рут», США). – Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1983, № 8, с. 63-68; №111, с. 46-48; № 12, с. 54-56; 1984, № 2, с. 51-53.
Буслов В.М., Карзан Д.И. Глубоководные стационарные платформы, конструкции и классификация (Фирма «Браун и Рут», США).– Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1985, №10, с. 82-85; №3, с. 47-57.
Ажермачев Г.А. Особенности проектирования железобетонных морских платформ для условий Арктики. / Технология судостроения № 9, 1990 г, с. 26-27.
Потапов В.М. Особенности создания плавучих буровых установок для эксплуатации в условиях северных и дальневосточных морей. / Технология судостроения № 9, 1990 г, с. 21-24.
Картамышев П.И., Благовидов Л.Б., Морозов Е.П, Перец Н.Я. Перспективные направления проектирования и строительства морских стационарных платформ. / Технология судостроения № 9, 1990 г, с. 24-26.
Берникер Я.С., Рыжаков Н.Н. Состояние основных конструктивных решений морских стационарных платформ, работающих в условиях ледовых воздействий. М.: ВНИИЭгазпром, 1985 г., с. 74.
Технический паспорт платформы «Орлан». 01-0581wo1 Orlan (CIDS) Technical Passport, 2001 г.
Тарануха Н.А., Журбин О.В., Чижиумов С.Д., Журбина И.Н. Численное моделирование прочности и гидродинамики океанотехники. - Владивосток: Дальнаука, 2009 г. – 340 с.
Интернет-ресурс: Экологическая вахта Сахалина - http://www.sakhalin.еnviron-ment.ru.
Серьезный проект требует должного отношения. / газета «Амурец», 2003 г., № 41, с. 3.
Сахалинские проекты: опыт и перспективы. / газета «Амурец», 2003 г., № 58, с. 2.
Проект «Орлан»: Анализ пройденного. / Газета «Амурец», 2004 г., № 29, с. 2-3.
«Орлан» улетел в Корею для установки бурового оборудования. / «Нефть и капитал», 2004 г., VII-VIII, с. 29-32.
Сахалин / Региональное приложение № 11 к журналу «Нефть и капитал», 2003 г., XI, ,с. 4-64.
Носков Б.Д. Сооружения континентального шельфа. - М.: МИСИ, 1986 г., с. 303.
Интернет-ресурс: Буровой добычной комплекс "Моликпак" - http://www. Sakha-lin.environment.ru/oil/ekoekspert/geeprojekt/zak.php.
Интернет-ресурс: Платформа «Моликпак». 10 лет на шельфе Сахалина - http:// www.setcorp.ru/main/pressrelease.phtml?news_id=19193.
Похожие статьи
Экспериментальные исследования и анализ характеристик...
Наряду с тем, что величина и тип ледовой нагрузки связаны с формой и габаритами морского сооружения, также на их значения оказывают влияние физико-механические свойства льда.
Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...
Целесообразность строительства железнодорожного тоннеля...
В статье рассматривается влияние строительства сухопутного железнодорожного перехода (тоннеля), соединяющего остров Сахалин с материком, на развитие прилегающих территорий с экономической, политической и социальной точек зрения.
Психолого-педагогическая подготовка специалистов...
Платформа относится к буровым установкам типа CIDS (CIDS – сталебетонная буровая...
Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...
Для участия платформы в проекте «Сахалин-1» платформа была переоборудована на ОАО.
Влияние приливных течений на гидрологические условия...
Европейский Парламент вообще выступил с предложением запретить бурение на нефть в арктических водах.
Среди предметов коллекции есть макеты традиционных типов жилищ нивхов, населяющих холодный северный Сахалин.
Морская добыча нефти | Статья в журнале «Молодой ученый»
Несмотря на технологические достижения, каждый этап процесса добычи нефти — от разведки, бурения и добычи до строительства целевых платформ и судов
Значительная техногенная нагрузка на окружающую среду от нефтегазового комплекса обуславливается экологическими...
Мониторинг осадки морских платформ в Китае | Статья в журнале...
Проектирование и последующее строительство зданий и сооружений — одна из
Так как на платформе осуществляется процесс бурения скважины, то на опоры и саму
Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий. Ключевые слова: фундамент, грунт, свая, плита, ростверк.
Технология разведочного бурения на нефть и газ с бурового...
- разведочное бурение на нефть и газ с применением райзера и установкой блока подводно
Технические параметры секций алюминиевого бурового райзера типа АБР.
115,7. Бурение с частотой вращения бурильной колонны 40 об/мин. при нагрузке на долото 15,0 т.
Атомная энергетика и освоение Арктики | Статья в журнале...
Гарантии надёжного обеспечения энергией — это один из приоритетов функционирования
Это требует строительства как обычных транспортных судов, так и судов повышенного ледового
Из трёх спроектированных универсальных ледоколов нового типа один их них...
Развитие глубоководной роботизированной техники.
К недостаткам БНА можно отнести ограничения по радиусу действия и времени плавания, по полезной нагрузке и погодным условиям.
Первые аппараты этого типа использовались лишь как средства наблюдения за действиями водолазов, исследования затонувших объектов и т. д...
Похожие статьи
Экспериментальные исследования и анализ характеристик...
Наряду с тем, что величина и тип ледовой нагрузки связаны с формой и габаритами морского сооружения, также на их значения оказывают влияние физико-механические свойства льда.
Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...
Целесообразность строительства железнодорожного тоннеля...
В статье рассматривается влияние строительства сухопутного железнодорожного перехода (тоннеля), соединяющего остров Сахалин с материком, на развитие прилегающих территорий с экономической, политической и социальной точек зрения.
Психолого-педагогическая подготовка специалистов...
Платформа относится к буровым установкам типа CIDS (CIDS – сталебетонная буровая...
Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...
Для участия платформы в проекте «Сахалин-1» платформа была переоборудована на ОАО.
Влияние приливных течений на гидрологические условия...
Европейский Парламент вообще выступил с предложением запретить бурение на нефть в арктических водах.
Среди предметов коллекции есть макеты традиционных типов жилищ нивхов, населяющих холодный северный Сахалин.
Морская добыча нефти | Статья в журнале «Молодой ученый»
Несмотря на технологические достижения, каждый этап процесса добычи нефти — от разведки, бурения и добычи до строительства целевых платформ и судов
Значительная техногенная нагрузка на окружающую среду от нефтегазового комплекса обуславливается экологическими...
Мониторинг осадки морских платформ в Китае | Статья в журнале...
Проектирование и последующее строительство зданий и сооружений — одна из
Так как на платформе осуществляется процесс бурения скважины, то на опоры и саму
Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий. Ключевые слова: фундамент, грунт, свая, плита, ростверк.
Технология разведочного бурения на нефть и газ с бурового...
- разведочное бурение на нефть и газ с применением райзера и установкой блока подводно
Технические параметры секций алюминиевого бурового райзера типа АБР.
115,7. Бурение с частотой вращения бурильной колонны 40 об/мин. при нагрузке на долото 15,0 т.
Атомная энергетика и освоение Арктики | Статья в журнале...
Гарантии надёжного обеспечения энергией — это один из приоритетов функционирования
Это требует строительства как обычных транспортных судов, так и судов повышенного ледового
Из трёх спроектированных универсальных ледоколов нового типа один их них...
Развитие глубоководной роботизированной техники.
К недостаткам БНА можно отнести ограничения по радиусу действия и времени плавания, по полезной нагрузке и погодным условиям.
Первые аппараты этого типа использовались лишь как средства наблюдения за действиями водолазов, исследования затонувших объектов и т. д...