МОРСКАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ
МОРСКИЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ПЛАТФОРМЫ
| Конструкция стационарных платформ | Гравитационная платформа | Свайная платформа | Стационарные платформы на колоннах |
| Ледостойкие платформы |
Гравитационные платформы по форме и конструктивным особенностям классифицируются следующим образом:
Массивная гравитационная платформа с вертикальными стенками
Гравитационный массив 2, имеющий вертикальные стенки, изготовленный в форме прямоугольника (вертикальное сечение) из бетона или железобетона, устанавливается на дно моря, глубина которого H. На верхней плоскости массива устанавливается верхняя палуба 1. Размеры палубы определяются технологическими и жилищно-бытовыми требованиями. На ней (и в ней) размещаются блок-модули с оборудованием, энергетические установки, жилые помещения, буровые вышки, вертолетная площадка. Нижняя плоскость палубы находится на высоте h от поверхности воды. В массиве 2 имеется шахта 5 для прохождения буровых труб, а также емкости для хранения нефтепродуктов, других жидких материалов, запасов труб и другого оборудования 3.
Весь массив (его можно назвать еще несущим корпусом) может быть монолитным или собранным из отдельных бетонных блоков, заранее изготовленных на береговой базе и доставленных к месту установки на специальных баржах или иных плавсредствах.
Монолитный массив может быть изготовлен с применением так называемого кессона, по существу представляющего металлический ящик огромных размеров. Массив 2 при использовании кессона не обязательно полностью заполнять бетоном. Можно сделать внутреннюю стенку (оболочку) 2 из бетона или железобетона, а внутренность 4 заполнить рыхлым или крупноблочным материалом, например, гравием или камнем.
Массив, собираемый полностью из блоков, возводится непосредственно на месте его постоянного расположения, а технология изготовления монолитного массива с применением кессона содержит два крупных этапа: в порту, на специальной строительной площадке строится металлический каркас корпуса блока 2, и затем на плаву он доставляется к месту установки, где и затапливается. После чего бетонируется блок 2 (применяется подводное бетонирование), а затем заполняется крупноблочным материалом. Возможен также вариант изготовления блока 2 полностью в порту (изготовление кессона и заполнение его бетоном), затем доставка блока 2 на плаву, опуск его на дно и заполнение внутреннего массива крупнозернистым и крупноблочным каменным материалом.
Массивные гравитационные платформы с наклонными боковыми поверхностями
Форма платформы с вертикальными стенками имеет, наряду с таким достоинством, как минимальный объем материалов, расходуемый на её сооружение, и существенные недостатки. Эти недостатки заключаются, прежде всего, в том, что волны и лёд толщиной t воздействуют на вертикальные стенки. В этом случае силы воздействия будут наибольшими, что потребует увеличения объема массива, чтобы удержать платформу от сдвига или опрокидывания.
Для уменьшения величины силового воздействия платформам в разрезе придают форму усеченной пирамиды. Как волны, так и лёд в этом случае при воздействии на боковые поверхности будут изменять направление силового воздействия, поднимаясь по наклонным поверхностям.
Высота подъёма верхнего блока ho зависит от возможного подъёма уровня воды в море и определяется как сумма приливного подъема уровня воды, высоты волны (наибольшей), высоты поднятия воды при набеге волны на откосе и навигационного запаса высоты.
Платформа с ломаными боковыми гранями состоит из двух частей: верхней, изготавливаемой из бетона в металлической оболочке (кессоне) 2 и нижней — из бетонных блоков тетраидной формы или из насыпного грунта (несортированного камня 3). Нижняя часть осыпается на высоту а, в пределах которой воздействие волн минимально или вообще отсутствует. Угол α формируется естественным путем при отсыпке камня. На поверхности 0-0 устанавливается верхняя часть массивной платформы, способной выдерживать воздействие течений, волн и льда.
Верхняя часть 1 является так называемым верхним строением (или палубой), на которой размещается буровая вышка (или вышки), техническое оборудование, склады, жилые помещения). Следовательно габаритные размеры А должны быть выбраны из условия их размещения на верхнем строении.
В поле бетонного массива 2 (под водой) могут быть размещены помещения 3 (платформа с ровными боковыми гранями) для складирования труб и расходных материалов. Для платформы с ломаными боковыми гранями такими помещениями являются емкости 4. В обеих платформах сверху донизу проходит шахта (4 и 5 — соответственно) для прохождения сквозь массив буровых колонн.
Платформа формируется из двух часей: нижней, состоящей из каменных отсыпок 2, и верхней 1, состоящей также из камня (несортированного) и обложенной бетонными блоками 6. Пространство между каменными дамбами, образующими замкнутое пространство, засыпается гравием 5. Внутри создаются полости 4 для размещения материалов и сквозное отверстие 3 для спуска бурового оборудования.
При многоярусной схеме платформа с наклонными боковыми поверхностями имеет несколько слоев, каждый из которых имеет высоту 5. Массив создается следующим образом. Отсыпается из крупного рваного камня замкнутая в плане дамба 2 на участке дна шириной В на высоту 5. Внутреннее пространство засыпается гравием. Затем на площадку на высоте 5 отсыпается следующая замкнутая дамба 2 и внутри её засыпается гравий. Процесс продолжается до тех пор, пока на поверхность не будет выведен последний слой 2. Одновременно с возведением массива внутри каждой из платформ могут устраиваться шахты 3 и емкости 4 для складирования труб и других материалов.
Платформы описанной формы могут устраиваться только на малых глубинах, в пределах 15-20 м, так как при больших глубинах трудно обеспечить их устойчивость и неразрушимость от воздействия течений и волн.
Основной объем строительных материалов (камень, песок) могут быть найдены в районе строительства, что существенно уменьшает затраты на строительство.
Железобетонные гравитационные платформы для замерзающих морей
Платформы, формы которых рассмотрены выше, предназначены для использования в условиях незамерзающих морей, либо в морях, на поверхности которых образуется ледяной покров незначительной толщины (до 0,5 м). Исключение составляют лишь некоторые из платформ. И хотя они могут выдерживать давление, практически, любых льдов, но они имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что высота этих платформ дает возможность использовать их только на относительно малых глубинах. Поэтому в практике проектирования МНГС для больших глубин на акватории северных морей разработаны и разрабатываются формы платформ, способных даже при больших глубинах выдерживать давление льдов.
Основной принципиальной особенностью таких форм МНГС являются:
- вес, обеспечивающий по площади контакта низа платформы и дна сил сопротивления сдвигу, необходимые для удержания платформы в расчетном месте;
- прочность конструкций платформ, подвергающихся давлению льда, обеспечивающих их неразрушимость при любых воздействиях;
- весьма сложное конструктивное решение блоков и элементов.
Эти условия могут быть выполнены (в настоящее время) при использовании таких строительных материалов, которые обладают значительным удельным весом и необходимой прочностью — это бетон и железобетон.
Основными условиями надежной работы платформ гравитационного типа являются:
- Обеспечение статической и динамической определенности положения платформ, находящихся под воздействием любых внешних и внутренних сил.
- Обеспечение надежной и устойчивой работы всего технологического оборудования, занятого в производственном процессе бурения скважин, добычи нефти или газа и отправки их потребителям.
- Создание достаточно комфортных условий для работы и проживания обслуживающего персонала весь период его пребывания (вахты) на платформе.
- Безусловное обеспечение условий, исключающих нанесение ущерба окружающей среде.
Источник
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. м 2 , 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.
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. м 3 . 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.
 |
6. Опорные колонны гравитационной железобетонной платформы проекта Condeep
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»
Источник