1.3 Монтажные и ремонтные работы на морских сооружениях.
Типовыми работами на этапе установки разведочных и эксплуатационных платформ являются:
– обследование дна акватории в районе установки разведочных и добычных сооружений всех типов;
– выравнивание грунта, отсыпка щебня при установке стационарных платформ;
– укладка бетонной смеси в мешках под опоры стационарной буровой установки;
– установка опалубки и бетонирование основания под стационарную платформу;
– обеспечение заводки шкентелей и якорных линий при установке полупогружных буровых платформ или платформ с натяжными опорами
– ультразвуковые (основанные на изменении характера отражения звуковых волн ультракороткого диапазона при прохождении их через зону дефекта в элементе конструкции);
– электромагнитные (отличающиеся от магнитографического метода использованием электромагнитных датчиков в отличие от датчиков из природных или искусственных магнетитов);
– радиографические (связанные с использованием гамма-излучения).
Работы по сооружению и эксплуатации подводных трубопроводов включают также большое количество подвидов работ. Во всех этих случаях требуется подводное технологическое оборудование и водолазное обслуживание.
С изменением глубины варьируют многие факторы, определяющие проведение подводных технологических операций. Эти факторы можно разделить на две группы:
– связанные с увеличением гидростатического давления,
– связанные с увеличением глубины места проведения работ от водной поверхности.
Факторы обеих групп с ростом глубины обусловливают усложнение подводных технологических операций и, соответственно, возрастание стоимости их выполнения, в том числе за счет усложнения оборудования. Использование подводных технологий, основанных на применении водолазного труда, многократно усложняется с ростом глубины, поскольку требует применения принципиально иного водолазного снаряжения и оборудования и иной методологии организации работ (например, перехода от метода кратковременных спусков к методу длительного пребывания). При глубинах свыше 300 – 500 м использование водолазных методов в принципе невозможно, что требует разработки принципиально новой техники и технологии (хотя и на относительно небольших глубинах водолазные технологии во многих случаях неэффективны в сравнении с альтернативными).
Факторы, связанные с ростом расстояния от объекта работ до поверхности воды, не только повышают затраты времени на доставку оборудования к месту работ, но также нередко требуют перехода к новым техническим средствам и технологиям.
Например, перехода от якорного позиционирования надводного судна к динамическому или, в случае использования самоходных подводных технических средств, управляемых и получающих энергию по кабелю, применения промежуточной платформы с кабельной лебедкой.
Синоптическая изменчивость с периодом от нескольких суток до месяцев и сезонные колебания подлежат учету при планировании работ в море, поскольку соиз-меримы с продолжительностью выполнения отдельных технологических операций.
Наибольшее внимание на морские объекты и на морское дно (на мелководье), и, следовательно, на технологию работ оказывают ветровые волны, обладающие очень большой энергией, существенное влияние на подводные работы могут также оказывать приливно-отливное волнение и волнение, вызванное геологическими причинами (землетрясения, оползни). На относительно небольших глубинах влияние волнения при проведении подводно-технических работ может проявляться также в существенной ухудшении видимости из-за взмучивания донных осадков. Учет ветро-волнового режима обеспечивает сокращение времени при проведении подводных операций.
Чрезвычайная агрессивность морской среды обусловливает усиленную коррозию металлических конструкционных материалов, что требует применения специальных мер защиты как подводных конструкций при их монтаже и эксплуатации, так и подводного технологического оборудования.
При исследовании глубоководных районов Мексиканского залива и синтеза изучаемых фактических данных была получена информация о течениях, зарегистрированная в общей сложности в течение более 8 млн. ч. Данные были собраны на площади, ограниченной шельфовой окраиной (изобата примерно 200 м) в северном секторе Мексиканского залива и линией, соответствующей 25° с. ш. Интервал полученных данных охватывал разрез от поверхности моря до морского дна в водах глубиной от 200 м до 3000 м и более. Кроме того, были завершены работы по моделированию циркуляционных течений за 7-летний период (1993 – 99 гг.) с использованием высокоразрешающей океанической модели (CUPOM), разработанной Колорадским университетом для Мексиканского залива. Данные о фактических измерениях течений и результаты моделирования были подвергнуты проверке, чтобы определить характеристики течений и оценить горизонтальный масштаб глубоководных течений в Мексиканском заливе.
Из последующего обсуждения следует, что течения обычно усиливаются по мере приближения к поверхности воды, при этом их скорости достигают 200 см/с в связи с активным проявлением таких событий, как прохождение замкнутых вихревых течений при сильных атмосферных возмущениях. Минимальная скорость течения отмечена на глубине 800 – 1000 м, а на глубине 2000 м максимальная скорость может достигать 120 см/с. Выявлено усиление течений у морского дна. Горизонтальный масштаб пространственной декорреляции был меньшим в поперечном направлении, нежели в продольном.
Самые высокие скорости течений – вблизи поверхности, и их доля во всем объеме наблюдений резко снижается с глубиной в интервале до 800 м. На больших глубинах скорости течений обычно остаются довольно когерентными по вертикали, причем в
придонной зоне иногда отмечается усиление течений. На глубинах ниже 1200 м скорости течений превышают 400 см/с для 0, 6 % времени наблюдений, что несколько больше, чем в интервале 800 – 1200 м, что свидетельствует об усилении течений в придонной зоне.
ЛЕКЦИЯ 2. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ШЕЛЬФОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Главная особенность шельфовых разработок – высокие затраты и недостаточность места для размещения оборудования. Несмотря на то, что в разных районах земного шара с мягким климатом и глубокими водами установлены отдельные специализированные платформы для районов с суровыми условиями и глубокими водами, количество и размер платформ будет ограничиваться до минимума. Так, в мелководных районах Юго-Восточной Азии отдельно установлены буровые, добывающие, жилые и факельные платформы, а платформы в Северном море полностью охватывают все упомянутые функции.
Объединенная добывающая, буровая и жилая платформа (ДБЖ) с возможным нефтехранилищем и с подачей газа на рынок и нефти на погрузочные шельфовые сооружения требует точного анализа безопасности для гарантии функционирования комплекса. В результате должна быть выработана единая система безопасности, включающая в себя, например, как противопожарные стены, разделяющие различные функциональные зоны платформы, так и более традиционные водные системы для борьбы с огнем и оборудование для эвакуации и т. д. Однако очевидно, что противопожарные стены могут заменить интервалы безопасности между функциональными зонами платформы только до некоторой степени. Тщательное планирование размещения оборудования – дополнительная мера для достижения требуемого уровня безопасности. Например, при строительстве объединенной газовой платформы для месторождения Тролль в Северном море особый акцент делался на размещение газопроводов на максимальном расстоянии от жилой зоны.
Кроме ограничений на пространство тот факт, что скважины можно бурить только в определенном положении, ограничивает дренаж и ведет к использованию горизонтальных скважин большой протяженности. Хотя широкое применение подводных скважин до некоторой степени изменило это положение в течение последних лет, нужно помнить, что установка подводного оборудования на морском дне, бурение (с плавучих установок), связь добывающих установок с главной платформой и обслуживание скважин с плавучих установок в течение всей продолжительности проекта крайне дорогостоящи.
Для районов Арктики, покрытых льдами большую часть года, использование подводных скважин оказалось менее успешным, чем в других регионах. Видимо, в Арктике компаниям придется возвращаться к большим объединенным стационарным платформам, где бурение скважин ограничено непосредственно платформой.
Работа на шельфе в отличие от наземной (включающей низкие температуры) осложнена более суровыми природными условиями (сильное волнение, тяжелые Арктические льды и др.). Эти условия представляют дополнительную проектную нагрузку на сооружения и дополнительный стресс для персонала, чувствующего колебания платформы под действием экстремальных условий и непосредственно наблюдающего указанные явления. В некоторых районах мира платформы закрываются и даже эвакуируются в случае ураганов (Мексиканский залив) или тайфунов (Юго-Восточная Азия). Однако для Северного моря, где огромные волны скорее нормальны, чем необычны, или в Арктике, где движения льда будут нормальной ситуацией большую часть года, не предполагается технических перерывов в работе.
Рисунок 2.2 – Современные глубоководные платформы, используемые для разработки
шельфовых нефтегазовых месторождений