Фундаменты для морских платформ

Платформы в открытом море: теория и практика строительства

История выхода нефтяников в море началась в Баку, на Каспийском море, и близ Санта-Барбары, штат Калифорния, на Тихом океане. Как российские, так и американские нефтяники пытались строить своего рода пирсы, которые уходили в море на несколько сот метров, чтобы начать бурение уже открытых на суше месторождений. Но настоящий прорыв произошел в конце 1940-х годов, когда опять же близ Баку и теперь уже в Мексиканском заливе начались работы в открытом море. Американцы гордятся достижением компании Kerr-McGee, которая в 1947 году пробурила первую промышленную скважину «вне видимости суши», то есть на расстоянии примерно 17 км от берега. Глубина моря была маленькая — всего 6 метров.

Однако знаменитая Книга рекордов Гиннесса первой в мире нефтедобывающей платформой считает знаменитые «Нефтяные камни» (Neft Daslari — азерб.) близ Баку. Сейчас это грандиозный комплекс платформ, который продолжает функционировать с 1949 года. Он состоит из 200 отдельных платформ и оснований и является настоящим городом в открытом море.

В 1950-е годы шло строительство морских платформ, основание которых представляли собой решетчатые башни, сваренные из металлических труб или профилей. Такие конструкции буквально прибивались к морскому дну специальными сваями, что обеспечивало им устойчивость при волнении. Сами конструкции были достаточно «прозрачны» для проходящих волн. Форма такого основания напоминает усеченную пирамиду, в донной части поперечник такой конструкции может быть вдвое шире, чем в верхней, на которой и устанавливается сама буровая платформа.

Существует множество конструкций подобных платформ. Собственные разработки, созданные на основе опыта эксплуатации «Нефтяных камней», были в СССР. Например, в 1976 году была установлена платформа «Имени 28 апреля» на глубине 84 метров. Но все же самой знаменитой платформой такого типа является Cognac в Мексиканском заливе, установленная для компании Shell в 1977 году на глубине 312 метров. Долгое время это был мировой рекорд. Разработка подобных платформ для глубин 300–400 метров ведется и поныне, однако подобные конструкции не могут сопротивляться ледовым атакам, и для решения данной проблемы были созданы специальные ледостойкие конструкции.

В 1967 году на арктическом шельфе Аляски было открыто крупнейшее американское месторождение Прудо-Бей. Потребовалось разработать стационарные платформы, которые бы выдержали ледовую нагрузку. Уже на ранних этапах появились две базовые идеи — создания больших кессонных платформ, а по сути своеобразных искусственных островов, которые бы выдерживали навал льда, либо же платформ на сравнительно тонких ногах, которые бы пропускали лед, разрезая этими ногами его поля. Таким примером является платформа Dolly Varden, прибитая к морскому дну через свои четыре стальные ноги, диаметр каждой из которых чуть больше 5 метров, при том, что расстояние между центрами опор — почти 25 метров. Сваи, которыми крепится платформа, уходят в грунт на глубину около 50 метров.

Примерами кессонной ледостойкой платформы являются платформы «Приразломная» в Печерском море и Molikpaq, она же «Пильтун-Астохская-А» на шельфе острова Сахалин. «Моликпак» разработан и построен для работы в море Бофорта, а в 1998 году она прошла реконструкцию и приступила к работе уже на новом месте. «Моликпак» представляет собой кессон, заполненный песком, который служит балластом, прижимающим дно платформы к поверхности морского дна. По сути дела дно «Моликпака» — огромная присоска, состоящая из нескольких секций. Эта технология была с успехом развита норвежскими инженерами в процессе освоения глубоководных месторождений Северного моря.

Североморская эпопея началась еще в ранние 70-е, однако поначалу нефтяники вполне обходились без экзотических решений — они строили проверенные платформы из трубчатых ферм. Новые решения потребовались при движении на большие глубины. Апофеозом строительства бетонных платформ стала башня Troll A, установленная на глубине 303 метров. Основание платформы представляет собой комплекс железобетонных кессонов, которые присасываются к морскому дну. Из основания растут четыре ноги, которые и поддерживают саму платформу. Общая высота этого сооружения — 472 метра, и это самое высокое сооружение, которое когда-либо перемещали в горизонтальной плоскости. Секрет тут еще в том, что такая платформа передвигается без барж, — ее надо только буксировать.

Определенным аналогом «Тролля» является ледостойкая платформа «Луньская-2», установленная в 2006 году на сахалинском шельфе. Несмотря на то, что глубина моря там всего около 50 метров, она, в отличие от «Тролля», должна сопротивляться ледовым нагрузкам. Разработка платформы и ее строительство велось норвежскими, российскими и финскими специалистами. Ее «сестрой» является однотипная платформа «Беркут», которая установлена на Пильтун-Астохском месторождении. Ее технологический комплекс, построенный компанией Samsung, является крупнейшим в мире сооружением такого рода.

80-е и 90-е годы ХХ века ознаменовались появлением новых конструктивных идей для освоения глубоководных месторождений нефти. При этом формально нефтяники, пересекая 200-метровую глубину, вышли за пределы шельфа и стали спускаться глубже по материковому склону. Циклопические конструкции, которые должны были стоять на морском дне, приближаются к пределу возможного. И новое решение предложили вновь в компании Kerr-McGee — построить плавучую платформу в форме навигационной вехи.

Идея до гениальности проста. Строится цилиндр большого диаметра, герметичный и очень длинный. В нижней части цилиндра размещается груз из материала, который имеет удельный вес больше, чем у воды, — например, песок. В результате получается поплавок с центром тяжести далеко ниже уровня воды. За свою нижнюю часть платформа типа Spar крепится тросами к донным анкерам — специальным якорям, которые ввинчены в морское дно. Первая платформа такого типа под названием Neptune была построена в Мексиканском заливе в 1996 году на глубине 590 метров. Длина конструкции более 230 метров при диаметре 22 метра. На сегодняшний день самой глубоководной платформой такого типа является установка Perdido, работающая на компанию Shell, в Мексиканском заливе на глубине 2450 метров.

Освоение морских месторождений требует все новых и новых разработок и технологий не только в собственно строительстве платформ, но и по части обслуживающей их инфраструктуры — такой как трубопроводы, например, которые должны обладать особенными свойствами для работы в морских условиях. Этот процесс идет во всех развитых странах, которые занимаются выпуском соответствующей продукции. В России, например, уральские трубники из ЧТПЗ активно развивают производство трубной продукции, специально ориентированной для эксплуатации на шельфе и в сложных условиях Арктики. В начале марта были представлены новые разработки — такие, как трубы большого диаметра для райзеров (водоотделяющих колонн, связывающих платформу с подводным оборудованием) и прочих конструкций, требующих стойкости в условиях Арктики. Работы ускоряет необходимость в импортозамещении — от российских компаний поступает все больше запросов на обсадные трубы и прочее оборудование для обустройства скважин под водой. Технологии не стоят на месте, а значит, и появляются возможности для освоения новых перспективных месторождений.

Источник

МОРСКАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

МОРСКИЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ПЛАТФОРМЫ

Конструкция стационарных платформ

Гравитационная платформа

Свайная платформа

Стационарные платформы на колоннах

Ледостойкие платформы

Общие положения

Термином «стержневые стационарные» называются платформы, имеющие три основных блока (или части): свайный фундамент, стержневая несущая конструкция и верхняя часть, которая собственно и является платформой, т.е. площадкой, на которой размещается технологическое оборудование и помещения для обслуживающего персонала. Дадим краткое описание каждой части платформы.

Свайный фундамент представляет погруженные в грунт дна сваи в точках, на которых будут устанавливаться несущие стержни стержневой системы. Эти сваи (по одной или несколько в опорной точке) служат фундаментами для опорных стержней.

Стержневая система представляет конструкцию, состоящую из несущих вертикальных или наклонных стержней, усиленных поперечными связями, обеспечивающих необходимую жесткость конструкции в целом.

Верхняя, часть платформы представляет собой либо понтон, обладающий положительной плавучестью, либо ферменную или балочную конструкцию, имеющую настил, на котором размещается оборудование, производственные и жилые помещения.

Платформа на вертикальных сваях

Палуба 1 расположена на стержнях 2, которые будем называть несущими, которые, в свою очередь, установлены на свайные фундаменты 3. Стержни 2 (их условно тоже иногда называют сваями) могут иметь в поперечном сечении круглую или другую форму. Наиболее часто — это круглая форма. Для несущих стержней используются трубы, диаметр и толщина стенки которых назначаются по условию обеспечения необходимой несущей способности стержней.

Форма платформы, с вертикальными сваями, применяется в морях, на поверхности которых либо не образуется лед, либо образуется лед небольшой толщины, а глубины невелики (10- 20 м).

Платформа с вертикальными наклонными сваями

Для повышения уровня устойчивости платформы в целом может быть использована конструкция, с наклонными сваями. Основное отличие этой платформы, как видно из рисунка, заключается в наклонном расположении крайних несущих стержней. Тем самым достигается существенно большая жесткость конструкции всего сооружения; существенно меньшими будут поперечные перемещения верхней части (палубы) под воздействием ветра, волн и течений.

Стержневая стационарная платформа

Cтержневые стационарные платформы применяются и при больших глубинах. Стержневую несущую систему в этих случаях делают в форме усеченной пирамиды, имеющей в плане три, четыре и более несущих стержней. Все они подпираются и соединяются поперечными стержнями 3 и раскосами 4. Платформа, как и предыдущие, состоит из трех частей: верхней палуба 1, несущей стержневой системы 2 и свайных фундаментов под несущими стержнями 5. В результате образуется пространственная конструкция из несущих нагрузку стержней, а также поперечных и раскосных стержней. В практике строительства МНГС имеются примеры такого типа стационарных платформ при глубине моря до 400 м.

Следует отметить, что стержневые основания такого типа платформ называют часто сквозными или решетчатыми. Понятие «сквозное» означает, что вода при наличии волн и течений может проходить сквозь решетчатую конструкцию несущей части платформы. Для более надежного закрепления стационарной платформы в целом внутри основных несущих стержней в грунт забивают сваи удерживающие. После забивки в грунт на расчетную глубину эти сваи соединяются с несущими сваями. Отметим, что сваи, забиваемые в грунт внутри несущих стержней-опор, удерживают платформу не только от опрокидывания, но и от сдвига. Сваи из труб диаметром 1400 мм опускаются в грунт через отверстия в фундаментной плите, что обеспечивает точное размещение свай. На нижних концах свай имеется так называемый башмак, который после опускания сваи не дает возможности грунту проникать внутрь сваи.

Платформа с железобетонным фундаментом

Для повышения устойчивости стержневых конструкций платформ, что очень важно при больших глубинах моря, в основании стержневой конструкции устанавливается специальное железобетонное основание. На грунт устанавливается фундамент 1 в форме квадрата из монолитного железобетона. Фундамент изготавливается на стройплощадке в порту и доставляется буксирами к месту установки. Специально устраиваемые цилиндрические розетки 2 предназначены для установки в них несущих вертикальных стержней, изготовляемых, как правило, из труб. Эти трубы-стержни 3 показаны в виде линий с целью выделить фундаментную часть 1. Верхняя часть платформы, расположенная над поверхностью воды, используется для размещения бурового и другого технологического оборудования 4. Фундамент 1 может быть дополнительно закреплен сваями.

Объединение платформ при помощи эстакад

При освоении морских нефтегазовых месторождений в некоторых случаях в одном так называемом кусте размещаются две, три, а иногда и больщее количество платформ, объединяемых с помощью эстакад. Это позволяет обеспечить более оперативную работу обслуживающего персонала, а также повысить общую устойчивость каждой из платформ, т.е. иметь большую статическую определенность двух и даже трех объединенных платформ.

Прииведена схема двух платформ, объединенных переходным мостом. Верхнее строение 1 опирается на два стержневых блока 2, представляющих стержневые конструкции, опирающиеся на дно и закрепленные внутритрубными сваями. Расстояние между блоками 2 определяется из условий размещения на верхнем строении технологического оборудования и вспомогательных сооружений при условии обеспечения прочности ферм верхнего строения.

Стационарные платформы описанного вида применяются на морях, на которых не образуется ледовый покров. Это объясняется тем, что стержневые блоки даже с поперечными связями обладают слишком малым сопротивлением боковым нагрузкам от давления льда.

Источник

На чем стоят нефтяные платформы в море

Сегодня добыча нефти ведется не только на суше: крупнейшие месторождения иссякают, заставляя добывающие компании заниматься исследованием морских недр. Сейчас в Мировом океане разрабатывается порядка 350 шельфовых месторождений, в которых добыча ведется на глубине до 200 м. Как же тогда устанавливают всю необходимую технику?

Какими бывают нефтяные платформы

Существует несколько разновидностей таких инженерных комплексов: они подбираются для конкретных технических задач и условий и могут комбинироваться. Среди основных типов установок можно выделить:

• свободно закреплённые;
• полупогружные (разведочные, буровые и добывающие);

• с растянутыми опорами;
• плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти;

Конструкция нефтяной платформы

В общих чертах можно выделить четыре основных элемента: корпус, якорная система, палуба и сама буровая вышка. Корпус представляет собой трех- или четырехугольный понтон (несамоходное плавсредство, наполненное воздухом) на колоннах. На палубе расположены бурильные трубы, краны, вертолетная площадка, а буровая вышка отвечает за спуск бура к месту разработки.

Платформу не сносит течением: на месте ее удерживает система якорей, состоящей из тросов и лебедок, опоясывающих установку со всех сторон, при этом вес каждого якоря составляет порядка 13 тонн. Шторма также не нарушают устойчивость – платформы снабжаются системами стабилизации, которые позволяют станции оставаться на одном и том же месте несколько лет подряд.

Непосредственно процесс глубоководного бурения контролируется роботом и состоит из секций, 28 м в длину каждая. Таких секций может быть до 300, а некоторые буры могут заглубляться на 9,5 км!

Увеличение объемов добычи топлива привело к разработке плавучих станций колоссальных размеров. В США была спроектирована система в виде цилиндра, низ которого крепится к анкерам, закрепленным в морском дне. Эта конструкция позволяет вести работы на огромной глубине.

Для непрерывной разработки месторождения крайне важна автономность платформы. Она обеспечивается мощными генераторами и системами опреснения воды, а продовольственные и другие запасы обеспечивают сервисные судна.

Выработанную нефть доставляют на сушу при помощи трубопроводов, танкеров или плавучих нефтехранилищ.

Как выбирают, какую строить платформу

Выбор той или иной системы зависит от предполагаемого объема выработки, глубины, а также удаленности от берега. Так, если месторождение расположено на мелководье, то на суше строится буровая станция с наклонной скважиной.

Когда суша близко, устанавливают стационарную платформу на небольшой глубине – это позволяет поставить систему на сваи или закрепить бетонными блоками.

Если до берега сотни километров, а глубина составляет примерно 80 м, используют плавучие системы с опорами. При глубине до 200 м закрепить донные анкеры невозможно: здесь на выручку приходят платформы с системами позиционирования, а для сверхглубокой разработки подходят только буровые суда.

Добыча нефти из подводных месторождений – технически невероятно сложный процесс, требующий постоянной работы ученых и инженеров.

Источник