Анализ конструкций и опыт эксплуатации ледостойких нефтегазопромысловых сооружений

 

Ледостойкие нефтегазопромысловые сооружения эксплуатируются в основном в условиях залива Кука (Аляска), морей Бофорта, Балтийского и Азовского.

Сооружения островного типа

Для строительства любого типа искусственного островного сооружения (ИОС) необходимо разрабатывать, транспортировать и укладывать в его тело значительные массы каменно-земляных материалов. Например, для возведения ИОС с естественными откосами на глубине моря 30 м требуется 19 млн м³ песчаного грунта, а на глубине 45 м - 53 млн м³.

В начале 70-х гг. на канадском шельфе в море Бофорта было построено более 30 ИОС на глубинах моря до 70 - 75 м. Их сооружали двух типов:

с естественными и защищенными от размыва откосами;

с оконтуриванием железобетонными или стальными конструкциями.

Для этого использовали в основном местные строительные материалы (песок, гравий, щебень и др.).

При сооружении островов с укрепленными откосами требуемые объемы грунта снижаются вдвое, но все же остаются огромными. Трудности строительства ИОС связаны с ограниченностью запасов подходящих по составу грунтов, а также сроками проведения работ в короткий межледовый период.

Такие сооружения подвергаются интенсивному волновому, ледовому воздействию и требуют выполнения серьезных защитных мероприятий, затраты на которые иногда составляют 50 - 80 % общей стоимости строительства острова.

Поэтому с ростом глубины моря увеличивается преимущество островов, оконтуренных железобетонными или стальными конструкциями, благодаря которым значительно уменьшается необходимый объем грунтовой засыпки.

На стоимость ИОС оказывает влияние срок его строительства. Достаточно отметить, что потери грунта из-за сезонных перерывов в работе составляли до 50 - 60 % общего объема уложенного грунта. В море Бофорта большинство островов построены в течение одного летнего сезона, лишь несколько наиболее крупных ИОС были возведены за два летних периода. При их сооружении были подтверждены указанные выше объемы потерь грунта из-за межсезонного перерыва.

Следует отметить, что ИОС, построенные в море Бофорта, предназначены для разведочного бурения и считаются временными со сроком эксплуатации 1 - 2 года. В связи с этим они были рассчитаны на действие меньших нагрузок, чем это принято для эксплуатационных сооружений с длительным периодом функционирования. Например, оценку волновых нагрузок проводили для волн с повторяемостью 1 раз в 10 лет, а эксплуатационные объекты рассчитывают на внешние нагрузки с повторяемостью 1 раз в 100 лет.

Экономическая эффективность ИОС обеспечивается в основном за счет применения дешевых местных материалов (песка, гравия, щебня, камня). Следовательно, важным критерием при выборе типа эксплуатационного островного сооружения при известных параметрах окружающей среды и геотехнических характеристиках становятся условия разработки, укладки и использования в теле острова строительного грунтового материала:

местоположение карьера или источника поступления грунтовых материалов;

возможность разработки и транспортирования;

методы возведения тела острова и формирования его откосов;

способы защиты откосов от размыва в результате волнений и течений, разрушения от ледовых воздействий.

Для типичного ИОС диаметром 240 м в море Бофорта продолжительность цикла его создания (проектирование и строительство) составляет 65 мес. Такие сроки связаны только с увеличением диаметра и объемов грунта для строительства. Стоимость данного острова при глубине моря 15 м составила 25 - 30 млн дол. в ценах 70-х гг., а в некоторых случаях она достигала 100 - 120 млн дол.

Отметим, что при наличии карьеров на экономически и технологически доступном расстоянии от места строительства и необходимых технических средств для разработки, транспортирования и укладки грунта ИОС способны конкурировать с металлическими и железобетонными гравитационными ледостойкими платформами. Данное обстоятельство следует учесть при обустройстве и освоении Приразломного нефтяного месторождения.

Ледостойкие стационарные платформы

С начала 60-х гг. в заливе Кука (Аляска) на глубинах моря до 30 м построено и введено в эксплуатацию 18 стальных ледостойких платформ, отличающихся друг от друга числом опорных колонн. В 17 случаях ОБ имели по 3 и 4 опорные колонны (табл.15.5). Платформы крепили ко дну моря с помощью свай, которые размещали по периметру внутри опорных колонн. Бурение осуществляли через эти забитые сваи, закрепленные к опорным колоннам в результате бетонирования межтрубного пространства. Еще одна конструкция ЛСП была выполнена в виде монопода, ее крепили забивными сваями, расположенными под водой в понтонной части опорного блока.

Все платформы, построенные в заливе Кука, в отличие от ИОС в море Бофорта, были рассчитаны на бурение куста эксплуатационных скважин с длительным сроком их действия. Результаты эксплуатации платформ свайной конструкции оказались положительными. Из трех описанных вариантов наименее удачным оказался моноподный (поэтому построенный в единственном числе). Кроме того, в процессе эксплуатации наблюдали высокочастотные упругие перемещения верха опорного блока, что является свидетельством недостаточной жесткости и отсутствия наклонных ледорезных конструкций на уровне ледовых воздействий на ОБ. Общий и основной недостаток ледо - стойких платформ, эксплуатируемых в заливе Кука, - это большой объем строительно-монтажных работ в открытом море.

 

 

 

Можно отметить, что платформа идентичной конструкции для условий арктических морей должна иметь большие габариты и сечения элементов, а также значительное число свай.

На основании полученного опыта строительства и эксплуатации ледостойких сооружений в море Бофорта и заливе Кука за последние годы специалистами различных фирм и организаций построены ледо - стойкие платформы нового поколения. В них отражены современные тенденции создания ледостойких сооружений, и они в наибольшей степени, нежели другие, могут служить прообразом ЛСП для условий Печорского моря, которое является первоочередным районом освоения среди арктических морей.

В условиях моря Бофорта построены пять мобильных ЛСП. Платформа Моликпак выполнена из стальных конструкций, а СИДС представляет собой комбинированное сооружение, состоящее из нижней стальной и верхней железобетонной частей.

Определенный интерес вызывает платформа, изготовленная из элементов списанного танкера, получившая название передвижного арктического острова (ПАО). Он рассчитан на бурение разведочных скважин и добычу нефти и устанавливается на подводную насыпь (берму) на глубинах 5 - 35 м. Одна из положительных особенностей ПАО заключается в наличии больших емкостей, которые используют для хранения бурового оборудования, а также добытой нефти в объеме 100 тыс. т. Этот опыт может быть использован при проектировании ледостойкого сооружения для освоения месторождений арктических морей.

Отличительной особенностью платформ нового поколения, включая ПАО, являются возможности их буксирования с установленным производственным оборудованием на большие расстояния, что обеспечивается высокими мореходными качествами опорного блока при транспортировании и погружении, а также их перестановке на другую точку для ведения разведочного бурения. При необходимости эти платформы могут легко трансформироваться в эксплуатационные сооружения, так как размеры их палуб позволяют разместить соответствующее оборудование и запасы материалов, рассчитанные на длительную автономную работу в условиях ледового режима.

В 1983 - 1984 гг. на шельфе Балтийского моря (сектор ФРГ) были построены две однотипные ЛСП на глубинах моря 17 и 25 м. Обе платформы с гравитационным фундаментом выполнены из монолитного железобетона, и каждая имеет одну опорную колонну диаметром 13 м. Л СП рассчитаны на проведение разведочного и эксплуатационного бурения. Опорные блоки были изготовлены в сухом доке, транспортировали и устанавливали их на дно с помощью балласта (морской воды). Сравнительно малые ледовые нагрузки позволили обеспечить устойчивость платформ без твердого балласта. ВСП возводили после окончания всех работ по креплению опорного блока на точке эксплуатации.

В начале 80-х гг. с участием одного из авторов данной работы в Азовском море на Стрелковом газовом месторождении при глубине воды 6 - 8 м построены две стальные ЛСП. Ледостойкая часть этих платформ предназначена для бурения и эксплуатации газовых скважин. Крепление к грунту осуществляли с помощью 32 свай диаметром 1220 мм. Бурение проводили через опорные колонны диаметром 1420 мм по 2 скважины в каждой.

В Азовском море была также построена одна экспериментальная ЛСП на глубине 5 м (см. табл.15.5). Ее опорный блок выполнен из набора многогранных железобетонных колец, состыкованных в единую оболочку диаметром 8 м, в стенах которой имеются отверстия. Через них в грунт было забито 16 стальных свай, с помощью которых обеспечили устойчивость платформы. Сваи и железобетонные кольца омоноличивали цементным раствором. ЛСП не была защищена от местного размыва на уровне дна. Это привело к тому, что песчаный грунт вокруг железобетонной опоры оказался размытым на глубину 3-4 м. Конструкция фундамента приняла расчетную схему высокого свайного ростверка, отличающуюся от проектной. В результате размыва платформа под воздействием ледовых нагрузок наклонилась на 15° по направлению подвижки льда.

Приведенный обзор конструктивных разновидностей, отечественного и зарубежного опыта эксплуатации ИОС и ЛСП в различных акваториях мира позволяет выявить область целесообразного их применения, преимущества и недостатки. Он также может служить базисной основой для оценки текущего состояния и эффективного поиска новых технических решений при освоении перспективных нефтегазовых месторождений арктического шельфа.

Заключение

 

Обустройство и эксплуатация открытых месторождений требуют разработки специальных технологий, технических средств и технологических схем добычи, подготовки, сбора, хранения и транспорта добываемой продукции. Все эти задачи имеют различные решения в зависимости от гидрометеорологических условий и наличия береговых инфраструктур.

Одними из основных объектов обустройства месторождений, как отмечалось в данной работе, являются морские нефтегазопромысловые инженерные сооружения (грунтовые острова, эстакады с приэстакадными площадками, плавучие и стационарные платформы и др.), с помощью которых выполняют все отмеченные выше технологические операции. Объем капитальных вложений на освоение месторождений в немалой степени зависит от стоимости этих сооружений. Поэтому по возможности нужно сокращать их количество и снижать массогабаритные характеристики, что, в свою очередь, ведет к созданию необходимой технологии бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, которая позволит сконцентрировать большое число последних на одной платформе и снизить количество МНГС.

Для повышения рентабельности малых месторождений нужно разработать такие технико-технологические варианты, которые обеспечили бы обустройство и эксплуатацию групп месторождений с использованием единого регионального комплекса по сбору, подготовке и транспортированию добываемой продукции, а также единого энергетического и жилого комплексов и береговой инфраструктуры.

Технологии и технические средства для освоения углеводородных ресурсов арктического шельфа не могут быть надежными без учета широкого спектра природно-климатических условий конкретных морских районов. Раньше ледовые условия арктических морей изучали в основном с целью организации полярных станций, размещения посадочных площадок, переправ и проводки судов. Создание передовой техники для разработки шельфа требует проведения специальных опережающих ледово-гидрометеорологических исследований, направленных на изучение:

1) ледово-гидрометеорологического режима и физико-механических свойств льда,

2) вопросов взаимодействия ледяного покрова с опорами нефтегазопромысловых сооружений. Если первую часть исследований необходимо проводить в натурных условиях для каждой акватории, то результаты второй части этой программы, полученные как при натурных, так и лабораторных исследованиях, применимы практически для всех ледовых акваторий.

Список использованной литературы

 

1. Р.И. Вяхирев, Б.А. Никитин, Д.А. Мирзоев. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - Москва.: Академии горных наук, 1999

2. П.П. Бородавкин. Морские нефтегазовые сооружения. - Москва.: Недра, 2006

Размещено на Allbest.ru