книги / Освоение малых морских месторождений

4

Рис. 5,6. Концепция разработки райзера (решение 3):

/ - подводящие трубопроводы; 2 - направляющее основание, 3 - у а с соединен* трубопровода <стодтягн»аяк«ы); 4 — кол пен устьевой арматуры: 5 — устьсваи арматуре с петлями цлп эвка^кн

В зоне периодического смачивания толщина стенок должна быть увеличена с целью защиты от коррозии. Ниже уровня воды

162

оголенный стальной стояк можно предохранить катодной защи­ той. Эта система катодной защиты может иметь протекторы, систему распределения наложенного тока или комбинацию того и другого. В частности, в большей степени действию коррозии подвергаются направляющие приспособления опорных стоек ос­ новной колонны.

Райзеры транспорта продукции

Райзер транспорта продукции — это самая первая часть основной линии, через которую откачивается нефть. Нефть откачивается или в танкер, или прямо на береговые соору­ жения по подготовке и отгрузке нефти.

Райзер транспорта продукции служит продолжением нефтепро­ вода, идущего от технического оборудования. Трубопровод райзера начинается от вспомогательных насосов и оборудова­ ния по запуску механического скребка для чистки трубопро­ вода, которые расположены выше уровня основной палубы. Райзер направляется под воду к основанию колонны, где соеди­ няется с подводным трубопроводом. Когда райзер транспорта продукции опускается в горизонтальное положение, следует избегать промежуточных остановок, потому что длинные отрез­ ки труб подвергаются при этом действию окружающей среды. Для тех проектов, где длинный прямой отрезок трубы спуска­ ется в низ колонны, труба поддерживается в натяжении над уровнем воды. Над и под водой опоры проектируются так, чтобы райзер мог вытянуться по оси вследствие подъема темпера­ туры, вызванного горячей нефтью. Ниже точки крепления напря­ жения возникают только при сгибании горизонтального участка у основания колонны. Тщательно разработанная конструкция может существенно уменьшить изгибающие усилия, вызванные расширением, и гарантировать, что на райзер не будет действо­ вать осевое сжатие, т. е. будет поддерживаться постоянное натя­ жение, и райзер будет двигаться по оси благодаря измене­ ниям температуры. Опоры вдоль длины позволяют райзеру двигаться по оси и ограничивают боковые движения, вызван­ ные нагрузками от окружающей среды. Опоры должны обес­ печивать необходимую несущую поверхность с тем, чтобы райзер не подвергался воздействию локальных перегрузок. Опоры могут представлять собой стальные каркасы, стянутые кольцом и выложенные неопреном. Они прикрепляются к кон­ струкции трубчатыми деталями. Неопреновое покрытие служит нескольким целям.

Райзер, соединенный с подводным трубопроводом, должен либо закрепляться намертво, либо снабжаться соответствующей петлей расширения. Эти требования нужны для того, чтобы райзер не подвергался перегрузкам из-за температурных пере­ падов, вызванных потоком горячей нефти. Кроме того, изгибаю-

ГРАВИТАЦИОННАЯ ГЛУБОКОВОДНАЯ БАШНЯ

Глубоководная гравитационная башня является надежной и экономичной опорной конструкцией глубоководного бурения

н добычи.

Конструкция обладает естественной устойчивостью. На ней нет никаких выступов или якорных канатов, что представляло бы угрозу для судоходства. Бетонное плавучее сооружение предо­

мер от корабля. Конструкция спроектирована таким образом, что в аварийных случаях сохраняется ее устойчивость в условиях шторма при заводнении любого одного или двух отсеков, рас* положенных недалеко от поверхности. Особое внимание уделено случаям возникновения пожара, взрыва, выброса и утечки газа. На уровне палубы характеристики движения таковы, что во время бурения и добычи конструкции можно сравнить с обычной стационарной платформой, только работающей в наиболее су­ ровых условиях. В течение 98 % времени изменение вертикальных размеров составляет менее ±0,6 м. Колонна обеспечивает опору для обсадных труб и райзеров между неподвижным основанием и скважинами, законченными бурением.

Общий вид башни «CG Дорис» представлен на рис. 5.7. Предполагается, что проект этой башни — одно из наименее дорогостоящих решений для глубоководной платформы. Эконо­ мическая выгода видна из сравнения затрат с затратами на соз­

дание стационарной платформы.

Конструкция спроектирована так, что ее можно монтировать и устанавливать при помощи современных методов и оборудова­ ния. Бетонное основание можно сделать отдельно. Стальной кор пус можно выполнить намного дешевле, чем конструкцию обычного типа.

Используется обычное поверхностное оборудование заканчивания скважин бурением без систем натяжения, поэтому ожи­ дается, что затраты на бурение и эксплуатацию будут низкими. Бетон — прекрасный материал, не корродирующий в морской воде; устойчив к ударным нагрузкам в зоне периодического смачивания. Использование бетона сведет расходы по обслужи­ ванию до минимума.

Основные характеристики

Палуба и верхние строения имеют общую массу примерно от 10 000 до 30 000 т. Это говорит о высокой грузоподъемности конструкции. Модули бурового и эксплуатационного обслужи­ вания поддерживаются стальными балками на бетонных пла­ вучих конструкциях. Заканчивание скважин происходит на поверх­

ности в нижней палубе.

Бетонная плавучая конструкция обеспечивает остойчивость всей конструкции и служит предохранением для стояков и кондук*

165

±

*390

А - А

91

StООО

в- в

+J5

№1

У/Ш

Рис. 5.7. Глубоководная гравитационная башня «CG Doris» (а) и план се па­

лубы {6}

торов. Бетон как материал идеально подходит для оказания сопротивления гидростатическим силам сжатия и ударным нагруз­ кам от корабля, не портясь в сложных морских условиях.

Стальной опорный блок выполняет функцию жесткой связи между нижней опорой и плавучим элементом и балласт­

166

ной камерой, а также поддерживает кондуктор и направляющие райзеры. Указанный блок состоит из шести вертикальных стоек, связанных вместе в жесткий трубчатый каркас, осна­ щенный всем необходимым для обеспечения эксплуатационного периода.

Балластная камера содержит балласт из песка, который про­ тиводействует плавучести верхней конструкции. При помощи балластировки поддерживается постоянная сила сжатия, направ­ ленная вниз.

Вращение между башней и основанием создается при помощи полусферического шарнирного соединения, отделенного резиновым подшипником. Шарнирное соединение несет горизонтальные н вер­ тикальные нагрузки башни, в то время как широкая рама предотвращает вращение колонны вокруг вертикальной оси.

Она выполняет функцию опорной рамы до начала проведения буровых работ.

ГЛУБОКОВОДНЫЕ ШАРНИРНЫЕ КОЛОННЫ

Шарнирные колонны подходят для малых морских месторож­ дений в водах континентального шельфа глубиной 80—2000 м.

Рассмотрим использование следующих систем:

сприменением одиночных плавучих шарнирных колонн, несу­ щих возможные нагрузки в широком диапазоне;

сприменением колонны, спаренной с плавучей эксплуата­ ционной системой (здесь колонна используется как опора для причала и райзера);

сустройствами разгрузки колонн и подводного нефтехрани­ лища.

Применение одиночных шарнирных колонн

Одиночные шарнирные колонны имеют широкую область применения.

Для глубин 250 м тщательно продуманным проектом была колонна «Аколпрод» при добыче 1600 мэ/сут, бурении и хране­ нии 1000 м3 нефти. При этом грузоподъемность должна сос­ тавлять 17 000 т. Для этого диапазона нагрузок возможна добыча 2,4—8 тыс. м3 нефти. При нижних параметрах указанных нагру­ зок разработаны проекты платформ по интенсификации разработ­ ки и промежуточных перекачивающих станций. С этих облег­

ченных конструкций можно тоже добывать нефть или газ из линзообразных элементов коллектора вблизи существующих основных платформ (рис. 5.8).

Для того чтобы оценить технические и экономические преиму­ щества шарнирных колонн, необходимо располагать опреде­ ленными основными эксплуатационными данными колонн.

[67

Для стальных и бетонных конструкций были разработаны методы оптимизации проектов колонн. Эти методы направле­ ны на то, чтобы довести до минимума величину отклонения палу­ бы, уменьшить переменные поперечные составляющие силы, действующие на соединение, и массу конструкции. Ьыли раз­ работаны методические основы и определены эксплуатационные характеристики. Эти данные позволили сделать вывод о ста­ бильности шарнирных колонн в определенных областях приме­ нения.

Теоретически колонны могут выдержать любые нагрузки на различных глубинах. Однако определенные ограничения для колонн, снабженных эксплуатационным оборудованием, на прак­ тике зависят от морских глубин и окружающей среды.

Применение колонн, соединенных с плавучей добывающей установкой

Применение колонн ограничивается тогда, когда по уровню добычи требуется более высокая нагрузка на колонну для дан­ ной глубины моря. В этом случае колонна соединяется по морскому дну с плавучей добывающей установкой, которая может служить причалом для полупогружной установки или нефтеналивного судна, а также опорой райзера (см. рис. 5Л),

Выбор плавучей добывающей установки зависит от нагрузки, требований к хранению нефти, потенциальной добычи нефти и стоимости. Грузоподъемность колонны-в этой системе будет зависеть от глубины моря, внешних условий и экономики.

Колонну с ограниченной нагрузкой можно использовать как опору для резервных райзеров и манифольдной системы. Колонну с большой грузоподъемностью можно использовать для поддержки натяжных райзеров с верхним расположением устья скважины.

СООРУЖЕНИЯ БАШЕННОГО ТИПА С ОТТЯЖКАМИ

Существуют сооружения башенного типа различных видов с оттяжками, которые можно использовать для разных целей. Одной из таких систем, представляющих значительный интерес, является башня фирмы «Еххоп» с оттяжками.

Башня фирмы «Exxon» с оттяжками для мелководья

Эта башня стоит на морском дне без свай. Оттяжки удержи­ вают сооружение на месте (рис. 5.9).

стоящими друг от друга на 30 м. Диаметры стоек варьируются от 1,5 до 2,4 м. Эта башня будет поддерживать 24 скважины

169

Рис. 5.9. Башня с оттяжками фирмы «Еххоп»:

i — бетонный якорь массой 140 т; 2 — пииоритиая планка: У — оттяжка диаметром 89 мм; 4 — якорь

массой 13.5 т: 5 — основание банши

при помощи направляющих приспособлений на башне и муфт у основания башни*

Башня отклоняется на I или 2° при прохождении пласта боль­ шой толщины, поэтому кондуктор должен быть гибкий у осно­ вания башни. Изгибающие усилия линии глинистого раствора под максимальным углом наклона 2° считаются допустимыми. Срок износа гибких направляющих колонн составляет 40 лет.

Палуба башни предназначена для опоры интегральной буро­ вой и добывающей установки. Размеры палубы 46 мХ46 м, эксплуатационная площадь 4200 м2. Для определенных целей можно спроектировать башни и палубы других размеров.

Вертикальная опора

Основание башни состоит из упрочненного корпуса ферменного типа, который называется емкостной сваей. После того, как башня поставлена в вертикальное положение, емкостная свая удерживается на дне океана в плавучем состоянии до достиже­ ния необходимой допускаемой нагрузки.

Нисходящая сила обеспечивается промывочной жидкостью, закачиваемой в емкостную сваю. Как только установлена нагрузка

170

на палубу и основание башни опущено на нужную глубину,

промывочную жидкость откачивают из емкостной сваи.

Модели емкостной сваи диаметром от 0,3 до 1,8 м опробованы на мягкой глине и нефтеносном песке. Расчетная величина заглубления сваи хорошо совпадает с экспериментальными данными. Модели раскачивали взад и вперед подобно башням, качающимся на волнах. Результаты испытаний показывали, что раскачивание не приводит к опусканию емкостной сваи ниже рассчитанной глубины проходки, если начальная нагрузка промы­ вочной жидкостью будет достаточной.

Конструкция емкостной сваи для определенных целей будет зависеть от местных условий почвы и окружающей среды, а так­ же от палубных нагрузок.

Горизонтальная опора

Башню высотой 460 м в условиях Северного моря поддер­ живают 20 канатов диаметром 89 мм, расположенных симмет­ рично.

Вокруг конструкции на палубе башни канаты укреплены парой клиновидных зажимов. Два зажима, размещенные один за другим, и гидравлическая система лебедок регулируют натя­ жение каждого каната. Оттяжки ведут вниз от палубы к направ­ ляющим воронкам примерно на 15 м ниже среднего уровня воды. Таким образом, направляющие воронки находятся ниже киля суден, которые проходят мимо.

Силы воздействия окружающей среды практически параллель­

ны усилиям в заякоривающей системе. В результате неполной параллельности этих сил возникает небольшой момент вращения,

воспринимаемый основанием сооружения.

Роульсы фрикционного типа имеют стальную канавку для изменения направления движения кабеля. Они свободно поворачи­ ваются в горизонтальной плоскости и сходны с роульсами ролико­ вого типа, используемыми на полупогружных буровых установ­ ках. Из роульсов кабель направляется вниз под углом наклона приблизительно 60° от вертикали к бетонному якорю на дне моря. Последний состоит из нескольких элементов цепи большого диаметра, соединенных с заякоривающей системой рассредото­ ченных плит. Якори изготовляют из чугуна или бетона.

Конструкции якорей позволяют поднимать их со дна только в экстремальных штормовых условиях. При подъеме натяжение заякоривающей системы ослабевает и позволяет башне совершать значительные отклонения при больших волнах. Кроме того, для этого требуются меньшие усилия. От якорей каждая натяжная линия прикрепляется либо к анкерной свае, либо к обычному пла­ вучему якорю. Анкеровка с помощью плавучего якоря предпоч­ тительна в условиях шторма. Ее передвижение более равномерно, что снижает вероятность порыва кабеля. Если якорное закреп­ ление при данных условиях грунта не обеспечивает необходи-

171