Лекция № 5. Конструкция платформ различных типов, схемы плавучих морских оснований.

Установок.

Лекция № 4. Особенности применения и конструкция плавучих

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 размещено на 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.

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.).

  Рис. 6 - Общая схема Самоподнимающейся плавучей буровой установки (СПБУ).  

  Рис. 7 - Общая схема Полупогружной плавучей бурвой установки (ППБУ).

ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90—100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200—300 м и более.

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 8 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 8 – 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.

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 9 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 9 – 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

Дата добавления: 2017-02-01