книги / Морская нефть. Развитие технических средств и технологий
.pdf4.2. ПЕРВЫЕ ПРОЕКТЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АРКТИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (1977-1983 гг.)
Открытиезначительныхзапасовнефтии газав зонеАркти киявилосьстимулом кразработке большогочислановыхпроек тов морских оснований и эксплуатационного оборудования, предназначенныхдляработы всуровыхклиматическихуслови ях. И хотяосуществлены тольконекоторыеиз этихпроектов, все ониобладаютопределеннымидостоинствами, которые следует учитыватьвновыхразработках.
В начале 80-х гг. XX столетия число новых предложений быстроувеличивалось:до 1977 г. былоразработанотрипроекта,
в1977—1978 гг. —два; в 1979 г. — четыре, в 1980 г. — восемь,
в1981 г.—четырнадцать, в 1982 г.—пятнадцать. Всетруднееста новилось следить за развитием идеи и всесторонне оценивать новыеразработки [17].
Дляизучения исистематизациитехнической информации
вморском отделефирмы «Браун эндРут» вэтотпериодсоздана специальная группа, которая изучила 51 проект освоения иэксплуатации арктическихместорождений [17].
Конструкцияоснованийдляразработкиморскихместорож дений вАрктике определяется в основном величиной воздей ствиянанее горизонтальныхсилдвижущегосяльда. Если сред нее давление ветра на платформупринимается равным 2 кПа, волн — от96до144 кПа,толедоваянагрузкасоставляет2,88МПа иболее. В связисдоминирующейвеличинойледовойнагрузки большинствопостроенныхдонастоящеговремениморских ос нованийпредставляютсобойискусственные острована мелко воднойчастишельфа. Из-занедостаткаточныхданных оледо вой нагрузке ихсооружали массивными. По мере накопления знанийобокружающейсредеиопытаработы сталиразрабаты ватьи осуществлятьпроекты строительствастальных, бетонных
игрунтовыхоснований.
Всезон, когдаморе свободноотольда, все нефтяные компа нииобычноначиналибурениесбуровыхсудов, полупогружных
илисамоподъемныхплатформ, апотом пыталисьпродлитьвремя работы с помощью противоледовой защиты корпуса и других
мер. В [17] рассматривались только проёкты оснований с харак терными отличительными признаками, предназначенные специальнодля работы вАрктике. Эти проекты классифициро ваны авторами по способу сопротивления давлениюльдов иде лятся натри основных класса:
—основания, устанавливаемые на морское дно и снабжен ные фундаментом, на который воздействуетледовая нагрузка;
—плавучие основания, давление льда в которых восприни мает корпус иякорная система, если она имеется;
—основания островного типа, устойчивость которыхдости гается с помощью песка илигравия.
Каждый класс делится на группы, группы — на категории (табл. 4.1) [17].
Неплавучие основания можно устанавливать непосред ственно на морское дно или на искусственную подводную на сыпь. В ряде случаев насыпь выполняет функциюмола, который снижаетдавление льда на основание. Наибольшее число разра ботанных неплавучих оснований относится к сооружениям гра витационного типа (рис. 4.5). Их отличительные признаки — большой диаметр фундамента, обеспечивающего устойчивость конструкции, и относительно малый диаметр сечения опорной колонны на уровне моря, благодаря чемуледовая нагрузка сни жается до минимума. Примером такой конструкции является платформа на моноопоре, предназначенная для работ в Север ном море (рис. 4.5а). Позднее она была рекомендованадля рабо ты в глубоководнойчасти Берингова моря. Гравитационные опо ры башенного типа могут снабжаться неподвижным (рис. 4.56) или вертикально перемещающимся коническим ледоломом (рис. 4.5в).
Однаконефтяные компании отдавали предпочтение полно профильным основаниям (рис. 4.5 д, е). Защита основания от айсбергов может осуществляться с помощью оградительного кольца, которое можно монтировать после установки основания (рис. 4.5ж).
Основания со свайным креплением ко дну хорошо зареко мендовали себя вумеренной субарктической ледовой обстанов кезаливаКука. Основания этоготипабыли построеныспециаль но дляАрктики. Они могут быть многоопорными (рис. 4.6а) или с одной цилиндрической опорой (рис. 4.6б).
Классификация предназначенных дляразработки
Основания устанавливаемые на морскоедно (В)
Тип |
гравитационные (BG) |
свайные |
комбинированные (ВМ) |
||
конст- |
|||||
рук- |
стационар |
передвиж |
стационар |
стационар |
передвиж |
ции |
|||||
|
ные (Р) |
ные (М) |
ные (Р) |
ные (Р) |
ные (М) |
|
BGP |
BGM |
ВРР |
BMP |
ВММ |
1 |
Наподвод |
Полнопро |
Сполыми |
Составное |
Платформа |
|
нойнасыпи |
фильное |
опорамидля |
коническое |
СССР |
|
|
|
заливаКука |
длядобычи |
|
2 |
Натрех |
Намоно |
С одной |
С моноблоч |
Фирмы |
|
опорахдля |
опоредля |
полой |
ной палубой |
«Сохно» |
|
Северного |
разведочно |
опорой |
|
|
|
моря |
го бурения |
и монолит |
|
|
|
|
|
ным фунда |
|
|
3 |
Мноопора |
Смонолит |
ментом |
|
|
|
Эксплуата |
|
|||
|
|
нымкорпу |
|
ционноедля |
|
|
|
сом |
|
о.Сахалин |
|
4 |
Мноопора с |
Для бурения |
|
|
|
|
коническим |
|
|
|
|
|
ледоломом |
|
|
|
|
5 |
Бетонное |
Платформа |
|
|
|
|
коническое |
дляАрктики |
|
|
|
|
длядобычи |
|
|
|
|
|
ихранения |
|
|
|
|
морских оснований, месторождений вАрктике
|
|
Основания |
|
|
|
|
плавучие (F) |
островноготипа (I) |
|||
с якорной |
с системой |
многоразового |
одноразово |
||
позициони |
го использо |
||||
системой (FM) |
рования (FD) |
использования (IR) |
вания (IN) |
||
стационар |
передвиж |
передвиж |
стационар |
передвиж |
стационар |
ные (Р) |
ные (М) |
ные (М) |
ные (Р) |
ные (М) |
ные (Р) |
FMP |
FMM |
FDM |
IRP |
IRM |
INP |
Кессонное |
Буровое |
П лупо- |
Измешков |
Кольце |
Гравийное |
для |
судное |
гружное |
с песком |
образное |
|
бурения, |
вертлюгом |
ледорезное |
|
|
|
добычи и |
|
для бурения |
|
|
|
хранения |
Круглое |
|
Изтруб |
Кессонное |
Песчаное |
|
|
||||
|
буровое |
|
с песком |
со сталь |
|
|
судно |
|
|
ным |
|
|
|
|
|
кольцом |
|
|
Баржа |
|
Песчаное |
Кессонное |
|
|
в форме |
|
для буре |
|
|
|
яйца, |
|
ния |
|
|
|
противо |
|
идобычи |
|
|
|
стоящая |
|
|
|
|
|
льду |
|
Избутово |
Кессонное |
|
|
Буровая |
|
|
||
|
установка |
|
го камня |
|
|
|
с устрой |
|
|
|
|
|
ствомдля |
|
|
|
|
|
протаива- |
|
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
полыньи |
|
Атоллдля |
Кессонное |
|
|
П лупо- |
|
|
||
|
гружное |
|
добычи и |
составное |
|
погрузки
Основания
Тип |
|
устанавливаемые наморскоедно (В) |
|
|||
гравитационные (BG) |
свайные |
комбинированные (ВМ) |
||||
конст |
||||||
рук |
стационар |
передвиж |
стационар |
стационар |
передвиж |
|
ции |
||||||
|
ные (Р) |
ные (М) |
ные (Р) |
ные (Р) |
ные (М) |
|
|
BGP |
BGM |
ВРР |
BMP |
ВММ |
|
6 |
Коническое |
Со стальным |
|
|
|
|
|
стальное |
кессоном |
|
|
|
|
|
переменной |
|
|
|
|
|
7 |
жесткости |
|
|
|
|
|
С огради |
Кессонное |
|
|
|
||
|
тельным |
|
|
|
|
|
|
кольцом |
|
|
|
|
|
8 |
С бетонной |
Коническое |
|
|
|
|
|
подушкой |
дляразве |
|
|
|
|
|
длядобычи |
дочного |
|
|
|
|
9 |
|
бурения |
|
|
|
|
|
Длябурения |
|
|
|
||
10 |
|
Самоподъ |
|
|
|
|
|
|
емная |
|
|
|
|
|
|
буровая |
|
|
|
|
|
|
установкана |
|
|
|
|
11 |
|
моноопоре |
|
|
|
|
|
Буровая |
|
|
|
||
|
|
установка |
|
|
|
|
|
|
на бетонной |
|
|
|
|
|
|
подушке |
|
|
|
плавучие (F) |
Основания |
островноготипа (I) |
с якорной системой (FM)
стационар передвиж
ные (Р) |
ные(М) |
FMP |
FMM |
|
Кониче |
|
скоедля |
|
бурения |
с системой позициони рования (FD)
передвиж ные (М)
FDM
Кессондля
хранения с якорной системой
многоразового |
одноразово |
|
го использо |
||
использования (IR) |
вания (IN) |
|
стационар |
передвиж |
стационар |
ные (Р) |
ные (М) |
ные (Р) |
IRP |
IRM |
INP |
ПолупоКессонное гружное фирмы для «Галф»
бурения
Для Кессонное
бурения фирмы «Шелл»
Рис. 4.5.Гравитационныеоснования,устанавливаемыенаморскоедно:
а—башенного типа—для Северного моря (BGP.2,3,4);б —башенного типас неподвижным коническимледо ломом (BGP. 1,5, BGM. 4,5,8); в —башенного типа с вертикально перемещающимся коническим ледоломом (MG.3);г—намоноопоредляразведочногобурения (BGH.2,10);d —полнопрофильноес наклоннымистенками BGP.6,8, BGM.1); е —полнопрофильное (BGM,6,7,9, 11);ж —с оградительным кольцом (BGP.7)
Рис. 4.6.Свайныеоснования:
а—многоопорное (ВРР.1),б—соднойопоройимонолитнымфундаментом (ВРР.2)
В основаниях со смешанным способом крепления ко дну (рис. 4.7 а, б) сваи обеспечиваютустойчивостьнаслабом грунте. У составного основания (рис. 4.7 в) при угрозе столкновения с очень крупными айсбергами средний блок опоры и палубу можно демонтировать, а фундамент, прикрепленный к грунту сваями, оставитьнаместедлязащиты устьевогооборудования.
Четырехопорноеоснованиесмоноблочной палубой (рис.4.7 г) можно устанавливать на дно без крепления или дополнительно го использования сваи. Относительно короткие сваи большого диаметра (рис. 4.7 д) значительно повышаютустойчивостьосно вания, таккаквыдерживаютбольшую поперечную нагрузку.
Плавучие основания не рассчитаны на значительную ледо вую нагрузку, нопри разведочном бурении и добычевглубоких водахих практическое значение велико; крометого, приугрозе столкновения с айсбергам они могут передвигаться. Стационар ное основание сякорной системой представляет собой большой кессон в форме двойного конуса на уровне моря, который взла мываетледсверхуи снизу за счет своей конфигурации и верти кальных колебанийвсегосооружения (рис. 4.8 а).
Основным направлением в создании плавучих оснований с якорной системой для Арктики является разработка их противоледовой защиты с целью продления эксплуатационного сезона. Примером служит коническое основание (рис. 4.8 б), ломающее лед сверху. По-другому решается вопрос в случае применения буровогосудна, снабженноговертлюгом (рис. 4.8 а).
Рис.4.7.Основанияскомбинированным способомустановкинаморское
дно:
а—большоймассы (ВММ,1); б—башенноготипа (ВМР.З);в —башенного типас промежуточнойсекциейиприставнойпалубой (BMP.1);г—много опорное смоноблочнойпалубой (BMP.2);g гравитационное основание фирмы «Сохно» (ВММ.2)
Вертлюг обеспечивает выгодное положение судна по отноше нию к движущемусяльду. Полупогружные арктические основа нияснабжаютсяконическимиледоломаминавертикальныхкес сонах и вокруг бурильной колонны (рис. 4.8 г). В двух проектах использованаидея протаивания полыньи внутрикессона, имею щегопротиволедовую защиту, с помощью гибкихтруб, по кото рым подаетсягорячийвоздух(рис. 4.8 д, е).
Интерес представлял проект плавучего основания с систе мой динамического позиционирования (рис. 4.9). Это основание снабженовращающимсяледорезом.
Искусственные острова. В 1980 г. самыми распространен нымиоснованиями на арктическомшельфе являлись искусст венныеострова(рис. 4.10).
Рис.4.8.Плавучиеоснованияс якорной системой:
а —кессонное с двумя конусами (FMP. 1); 6 —коническое или сфери ческое(FMM.2,6,8);в —буровое судно с вертлюгом (FMM.1,3);г—полу- погружное с противоледовой защитой {FMM.5,7);д—струбчатымнагре вателем для протаивания полыньи (FMM.4); е —с устройством для протайвания полыньи и с передвижной по направляющим буровой уста
новкой (FMM.4)
Первый насыпной остров «Иммерк В-4Б» был построен в 1972 г. в канадском секторе моря Бофорта в водах глубиной 3 м. За тем у побережья Канады и Аляски былопостроеноещеоколо30 остро вов. На мелководье естественные откосы насыпи при намывке зем снарядами летом образуют уклон 1: 20, апригравийнойзасыпкесав тосамосваловзимой— 1:3.
С увеличением глубины моря объем насыпного материала при
Рис. 4.9. Полупогружное основание с ледорезом (FDM.1)