книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

Создание ледяной площадки начиналось с изготовления нескольких опор­ ных плит. Опорные плиты могли быть сделаны на материке, но, возможно, более экономичным решением было строительство на одном из арктичес­ ких островов завода по выпуску армированного бетона, необходимого для изготовления опорных плит. В любом случае опорные плиты буксировали на точку, где предполагалось строительство площадок, соединяли в единый комплекс и вмораживали в ледяной блок. На первой стадии намораживания под опорной плитой образовывался слой льда толщиной приблизительно 14 м (рис. 1.13). Чтобы изготовить единый ледовый блок площадью 100 м2, требовалось около 300 бетонных опорных плит (рис. 1.14). Намораживание должно было производиться в защищенной акватории, на глубине, большей, чем в предполагаемом районе установки ледовой платформы. Идеальным местом для этих целей являлись проливы между арктическими островами.

Первая стадия намораживания длилась приблизительно 1,5 мес. Затем через первую трубу пропускалась вторая и начиналось замораживание слоя воды, лежащего ниже.

Готовый ледяной блок (рис. 1.15) опускали с помощью балластировки. Чтобы обеспечить у основания блока сопротивление сдвигающим усили­

ям, еще до начала замораживания под опорные плиты подвешивали специаль­ ные шипы, поддерживаемые или отдельными канатами из стекловолокна, или целой крепежной сетью. Шипы и подвеска жестко вмораживались в ледяной блок. При насадке ледяного блока на дно шипы врезались в грунт.

Имелся и другой способ закрепления сооружения: ледяной блок устанав­ ливали на полых сваях, затем откачивали из них воду и, применяя технологию, описанную выше, замораживали воду и грунт под блоком. К сожалению, при этом способе не создавалось необходимое сопротивление сдвигу, посколь­ ку замороженный грунт, насыщенный соленой морской водой, не намного

прочнее незамороженного. Такой способ установки ледяных блоков более приемлем при сооружении стенок нефтехранилищ.

Рисунок 1.13 — Поперечный разрез через две скрепленные опорные плиты:

1 — заглушки; 2 — такелажные рым-болты; 3 — скобы для буксировки и скрепления плит между собой; 4 — транспортировочные заглушки

Рисунок 1.14 — Две скрепленные опоры плиты:

1 — скобы; 2 — металлические трубы; 3 — армированный бетон

Рисунок 1.15 — Поперечное сечение ледяного блока

на второй стадии намораживания:

1 — канаты из стекловолокна, армирующие ледяной блок, на которых подвешены шипы; 2 — сплошной лед; 3 — шипы из армированного бетона

На точку установки в море ледяные блоки буксировали в летний период. Часть из них затапливали, остальные устанавливали на опорах. Балластиров­ ку производили путем размещения на блоке или группе блоков какого-либо груза (например, мешков с песком). При затоплении некоторые трубы могли быть заполнены грунтом, но большинство труб необходимо было оставлять открытыми для проведения повторного замораживания. Хорошо промо­ роженное в зимний период сооружение больших размеров в течение всего года обладало способностью «самоисцеляться»: трещины, образованные под влиянием внешних воздействий (столкновения, землетрясения и т. п.), смерзались вновь. С помощью такого строительного материала можно было построить ледовый остров, плавучую платформу или арктический атолл для добычи и хранения нефти, проект которого предлагала фирма «Доум петро­ леум».

Однако технология строительства морских сооружений из ледяных бло­ ков имела ряд слабых мест. Одним из них являлась недостаточная прочность основания при нагрузках сдвига. В отличие от искусственных островов из на­ сыпного грунта, устойчивость которых обеспечивается высокой плотностью строительного материала и огромной площадью, воспринимающей усилия сдвига, ледяные блоки имели меньшую плотность, а также сравнительно не­ большую (за счет вертикальных стенок) площадь основания. Эта проблема м о та быть решена при использовании большего числа блоков и большего количества балласта. В качестве альтернативы предлагалось еще одно реше­ ние — применять ледяные блоки как часть крупногабаритной комбиниро­ ванной конструкции из льда и грунта. Считалось, что оно явится наиболее дешевым техническим решением по сравнению с любым другим способом строительства подобных сооружений. При намораживании может возникнуть еще одна проблема: в толще льда между трубами возможно образование ос­ лабленных сечений, обусловленных наличием «карманов» с незамерзшим перенасыщенным солевым раствором. Кроме того, при больших статических нагрузках во льду появлялись деформации ползучести.

Два последних явления могли быть ликвидированы путем дополнитель­ ного замораживания или армирования ледяного блока.

Несмотря на существующие проблемы, идея создания сравнительно дешевого сооружения для добычи нефти в арктических водах выглядела достаточно реальной и рекомендовалась для практического применения. В дальнейшем к вариантам использования искусственного утолщенного льда проектировщики обращались неоднократно.

Рассмотрение различных вариантов технического обеспечения разработ­ ки северных и арктических месторождений осуществлялось на различных симпозиумах и конференциях. Так, в 1981 г. на симпозиуме в Канаде предла-

ограничивали максимальное усилие, воспринимаемое сооружением. Энер­ гия айсбергов до заданного уровня поглощалась эластичными деформациями в самой конструкции и в фундаменте, а также при разрушении льда. Энергия, превышающая заданный уровень, поглощалась смещением фрикционного со­ единения. Например, если фрикционные соединения были рассчитаны на го­ ризонтальное усилие, равное 980 МН, то при смещении на 6 м затрачивалась энергия в 4900 МДж, что соответствовало максимальной энергии айсберга массой 10 млн т, передвигающегося со скоростью 1,3 м/с.

Рисунок 1.18 — Кессон с защитными отбойными устройствами:

1 — палубные сооружения; 2 — направления; 3 — опорный блок с нефтехранилищами; 4 — отбойное устройство; 5 — фрикционное соединение; 6 — фундамент

Фирма «Си джи Дорис» предлагала гравитационную платформу из пред­ варительно напряженного железобетона, проект которой был разработан на основании изысканий и исследований, осуществленных для морских районов у побережья Лабрадора. Площадь палубы платформы составляла 13 тыс. м2. Сооружение, предназначенное для бурения и эксплуатации сква­ жин, защищалось широкой подводной насыпью, простирающейся на рассто-

яние, необходимое для амортизации нежелательных воздействий айсбергов. Проектом сооружения предусматривалась гавань для принятия танкеров средних размеров и защиты нефтехранилищ.

Предлагаемая платформа аналогична по конструкции железобетонному резервуару, установленному на месторождении Экофиск в Северном море, но превосходила это сооружение по прочности на ударные воздействия. Конст­ рукция новой платформы состояла:

1)из основания — массивной железобетонной плиты диаметром 150 м;

2)вертикальной камеры диаметром 114 м, предназначенной для обеспечения плавучести и хранения балласта (песка);

3)внешней вертикальной перфорированной защитной стены высотой 92 м и толщиной, зависящей от заданного ударного ледового воздействия (сте­ на предназначалась для снижения волновых воздействий);

4)центральной колонны диаметром 2 м, внутри которой во избежание сре­ за, возможного вследствие горизонтальных воздействий на сооружение, размещались направления куста скважин и стояки, соединенные с плитой основания посредством рукавов.

Вертикальные стены обвязаны поперечными бимсами и стенками, укреп­ ленными на плите основания. Пучки радиальных бимсов также соединены с этой плитой для придания последней большей жесткости и обеспечения пространства для размещения балластного песка. Общий объем требуемого балластного песка составлял около 300 тыс. м \

Фирма «Норт-Атлантик контракторе» предлагала использовать в качестве эксплуатационного средства плавучую металлическую или железобетонную полупогружную платформу. В случае угрозы столкновения с айсбергом проектом предусматривалось быстрое отключение скважин и уход платформы с точки.

Фирма «Си тэнк» предлагала проект железобетонной полупогружной платформы повышенной прочности с емкостями для хранения добываемой продукции, аналогичными тем, которые обычно имеются на стационарных платформах. Платформа не являлась самоходной, поскольку в этом не было необходимости. Для ее транспортировки могли быть использованы специаль­ ные суда, которые находились вблизи платформы для буксировки айсбергов.

Рассматривались и наливные системы для использования на месторожде­ нии Хиберниа.

Фирма «Санта Фе» предлагала систему налива «одноточечный заанкерованный причал — челночный танкер», аналогичную применяемой на мес­ торождении Тисл в Северном море. Так как в данном районе существовала реальная опасность столкновения с айсбергом, проектом «одноточечного причала» предусматривался его спуск на дно или буксировка в безопасное место в случае необходимости.

Фирма «Тенвиг оффшор» предлагала использовать танкер как для добы­ чи, так и для хранения нефти на месторождении Хиберни». Проектом судна предусматривались:

1)способность ориентироваться по превалирующему направлению ветра и дрейфа льда;

2)соответствующие мореходные характеристики для обеспечения эксплуа­ тации судна в экстремальных условиях;

3)способность быстро покинуть рабочую площадку после получения ава­ рийного предупреждения;

4)способность быстрого возобновления работ при установлении умеренных условий.

Эксплуатационная система предлагалась в двух вариантах.

1.Танкер, на котором размещен полный комплекс оборудования и средств для добычи, сбора и хранения нефти.

2.Емкость для хранения нефти, обслуживающая отдельное эксплуатацион­ ное сооружение.

По мнению фирмы «Тенвиг», более целесообразным для данных условий

являлся вариант с использованием танкера.

Всистеме стабилизации судна использовались погружаемые и убирающие­ ся понтоны, которые были способны демпфировать огромные массы воды на глубине пофужения, где их энергия невысока. Так как между волновыми воздействиями на корпус и на понтоны имеется отставание во времени, по­ лучался значительный эффект амортизации. Испытания модели и результаты математического моделирования показали, что боковая, килевая и вертикаль­ ная качки могли быть снижены на 40-50%.

В1982 г. шведская фирма «Гетаверкен арендал» завершила проектирова­ ние полупогружной эксплуатационной платформы «ГВА 10000», предназна­ ченной для работы в суровых климатических условиях (рис. 1.19).

Металлическая конструкция платформы состояла из нижней части, пред­ ставляющей собой квадрат, образованный четырьмя понтонами, верхней части в форме короба и четырех колонн.

Эксплуатационное оборудование размещалось на главной и второй ниж­ ней палубах. Оборудование, представляющее наибольшую аварийную опас­ ность, находилось в кормовой части главной палубы. Таким образом, между ним и жилыми помещениями, расположенными ниже главной палубы, обра­ зовывалось максимально возможное в данном случае расстояние.

Ход обеспечивался четырьмя азимутальными движителями мощностью 2,4 тыс. кВт каждый. Электрогенераторы имели газотурбинный привод. Заякоривание платформы обеспечивалось с помощью 12-точечной якорной системы (все якоря — на цепях).

Рисунок 1.19 — Общий вид полупогружной платформы «ГВА 10000»

Платформа «ГВА 10000» предназначалась для очень суровых условий, аналогичных тем, которые наблюдаются у восточного побережья Канады или в северной части Северного моря. Конструктивные и мореходные качества платформы были рассчитаны на скорость ветра до 51,6 м/с и высоту волн до 35 м. Одно- и двухместные каюты для 150 чел. располагались в основном в носовой части первой и второй нижних палуб.

Платформа проектировалась в соответствии с требованиями существую­ щими в подготавливаемых новых правилах норвежского классификационного общества «Детнорске Веритас», которые предъявлялись к общей прочности сооружения в случае возможного повреждения каких-либо жизненно важных элементов и к усталостной прочности конструкции.

Конструкция верхней части коробчатого типа обеспечивала сопротивление вертикальным динамическим усилиям, возникающим при торсионных нагруз­ ках, а двойная палуба — конструктивную прочность сооружения (рис. 1.20).

Таким образом, спроектированное сооружение отличалось высокой жест­ костью и не требовало дополнительных распорок и соединений, т. е. именно тех элементов, которые на обычных иолупогружных платформах в первую очередь подвергались усталостному износу.

Понтоны были разделены на отсеки, выполняющие функции резервуаров для добываемой нефти и балластной воды (рис. 1.21)

Рисунок 1.20 — Схематический разрез платформы:

Колонны платформы «ГВА 10000» разделялись на отсеки (резервуары) поперечными и продольными переборками, которые являлись продолжением диаметральных переборок в понтонах и главных палубных переборок, соеди­ няющих колонны. По вертикали колонны были разделены двумя горизонталь­ ными водонепроницаемыми палубами.

В конструкции палубы имелись главные переборки, расположенные на одной линии с переборками, проходящими через оси колонн, и две продоль­ ные и поперечные переборки в межпалубном пространстве, образующие сдвоенный крест. Переборки соединяли главную и нижнюю палубы. Такая компоновка позволяла получить две жесткие коробчатые конструкции, устой­ чивые к продольным и поперечным торсионным нагрузкам.

Вся понтонная конструкция компоновалась из параллельных, угловых и замыкающих элементов (по четыре элемента каждого вида). Поперечное сечение понтонов — прямоугольное, со скругленными внешними углами; радиус закругления был равен радиусу колонн.