Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы для работы

Федеральное агенство по образованию

Государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Самарский Государственный  Технический Университет

Факультет Нефтетехнологический

К а ф е  д р а «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

 

 

Реферат

По дисциплине «Морские нефтегазовые сооружения»

На тему: Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы для работы в ледовых условиях.

 

 

 

 

Выполнил:

 

Проверил: 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2012г. 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Типы  и конструкции морских стационарных платформ  для         стр.

работы в ледовых условиях………………………………………………..3

2. Задачи при выборе  типа МСП для работы ледовых  условиях………8

3.Практическое использование  МСП для работы в ледовых 

условияхСахалинского шельфа…………......……………………………..9

4. Литература……………………………………………………………….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Типы  и конструкции морских стационарных платформ для работы в ледовых условиях..

Морская стационарная платформа (МСП) – морское нефтегазо-промысловое  сооружение, состоящее из верхнего строения и опорного основания, зафиксированное  на все время использования на грунте и являющееся объектом обустройства морских месторождений нефти  и газа. В среднем эксплуатационный период МСП на месторождении составляет 25 лет.

Все установки (платформы) для  морского бурения подразделяются на три основные категории: стационарные – постоянные основания, эстакады, искусственные острова; полустационарные – плавучие (самоподнимающиеся) буровые  установки; подвижные – буровые  суда, баржи и другие плавучие устройства (полупогружные установки).

Состав гидротехнических сооружений для освоения шельфа находится  в непрерывном развитии. Это связано  с освоением новых районов, выходом  на более глубоководные участки  и с появлением новых технических  решений. Стационарные сооружения представляют собой наиболее развивающуюся и  многочисленную группу гидротехнических сооружений для освоения шельфа. Они  используются главным образом для  долговременной эксплуатации - бурения  скважин, добычи, переработки и хранения нефти и газа.

Суровые природные условия  морских районов Севера и Арктики требуют принципиально новых технических решений по освоению нефтяных и газовых месторождений этих районов, а также высокая стоимость самих объектов и проектных решений.

Главная проблема при создании сооружений для освоения нефтегазопромысловых шельфов заключается в том, что  с увеличением глубины водоема  значительно, в несколько раз, увеличивается  стоимость таких сооружений. Поэтому  главная задача для проектанта найти  оптимальное соотношение таких  показателей как надежность и  экономичность технических средств  для эксплуатации морских стационарных платформ (МСП) в районах со сложными ледовыми условиями.

Следовательно, выделим основные факторы для проектирования МСП  в ледовых условиях:

- эксплуатация месторождения  должна вестись круглогодично;

- долговечность (срок эксплуатации  сооружения на месторождении  20-30 лет);

- многообразие природных  условий различных арктических  районов требует принятия отдельных технических решений для каждого случая.

Круглогодичное производство работ по добыче нефти и газа и  бурению скважин обусловливает необходимость в создании таких МСП, которые были бы надежными в работе при различных изменениях условий окружающей среды, в особенности в ледовой обстановке.

Отсюда можно сделать  вывод о том, что при проектировании МСП предназначенных для работы в северных районах основной величиной  воздействия на конструкцию является действие горизонтальных сил движущегося льда. Среднее давление ветра на конструкцию принимают равным приблизительно 2 кПа, волн - от 96 до 144 кПа, ледовая нагрузка составляет 2,88 МПа и более.

В связи с преобладанием  величины ледовой нагрузки по отношению  к другим (волновая и ветровая) предпочтительным типом МСП для таких районов  являются моноопорные сооружения (т.е. те платформы, у которых одна массивная  опора, их также называют моноподами), которые лучше противостоят надвигающемся ледовым полям.

Все сооружения по способу  сопротивления давлению льда можно  условно отнести к одному из трех классов:

- установленные на морское дно и снабженные массивной опорной частью (фундаментом), на которую воздействует ледовая нагрузка;

- плавучие платформы, давление льда в которых воспринимает корпус платформы и натяжные устройства или якорная система;

- сооружения островного типа, устойчивость которых обеспечивается насыпью песка или гравия.

На рисунке 1 приводятся схемы  разных типов конструкций сооружений предназначенных для эксплуатации в различных ледовых условиях.

В умеренной субарктической ледовой зоне применяют металлические стационарные платформы типа монопод 2 на (рис. 1, вар. 2), которые крепятся к морскому дну сваями. Плавучие платформы не рассчитаны на значительную ледовую нагрузку, но при разведочном бурении и добыче в глубоких водах они находят применение (рис. 1, вар. 4).

Сооружения островного типа нашли свое применение в мелководных акваториях арктического шельфа и в основном предназначены для проведения разведочного бурения, однако удаление волновой защиты с острова (например, мешков с песком) приведет к его разрушению (под воздействием волн остров практически исчезает). С увеличением глубины моря объем насыпного материала при неизменном угле откоса возрастает почти в кубической зависимости. Поэтому строительство островных сооружений многоразового использования позволяет значительно экономить строительный материал.

 

Рисунок 1 - Схемы конструкций  сооружений для эксплуатации в различных  ледовых условиях

1 - гравитационное основание  башенного типа с коническим  неподвижным ледоломом; 2 - свайное  основание с одной опорой и  монолитным фундаментом; 3 - конструкция  основания с развитой опорной  частью; 4 - плавучее основание с  якорной системой, полупогружное  с противоледовой защитой; 5 - полупогружное  основание с ледорезом; 6 - насыпное  гравийное основание; 7 - гравитационное  основание с оградительным кольцом; 8 - основание многоразового использования,  островного типа, из стальных  кольцевых кессонов.

В настоящее время предпочтение отдается кессонным конструкциям сооружений островного типа. В качестве кессонов могут использоваться бетонные блоки, стальные кольцевые конструкции с жесткой платформой или без нее. Для более глубоких вод имеются проекты из отдельных кольцевых кессонов (рис. 1, вар. 8). Например, компанией «Эксон» разработана конструкция бетонного конического сооружения для глубин моря 18 - 36 м. Сооружение предназначено для работы в монолитных торосах с толщиной подводной части 23 м и надводной - 7 м. Подводные льдины, надвигаясь на сооружение, движутся вверх по конической поверхности и ломаются. В целях применения этих конструкций на более глубоких акваториях компания «Эксон» предложила донную конструкцию, которая служит опорой конического сооружения, что дает возможность применить его на глубинах до 60 м.

Также предложена конструкция  стационарной гравитационной бетонной платформы с кольцевым отбойным устройством с целью защиты от воздействия айсбергов (рис. 1, вар. 7). Предполагается, что в случае столкновения айсберга с платформой кольцевое отбойное устройство должно горизонтально переместиться по неподвижному основанию и кинетическая энергия должна быть поглощена за счет силы трения, возникшей между платформой и отбойным устройством (коэффициент трения 0,55). Предполагается что после удара устройство дебалластируется, возвращается в исходное положение с помощью лебедок и вновь заполняется балластом. Сдвиг устройства, по мнению разработчиков, произойдет только после столкновения конструкции с айсбергом массой от 10 - 50 млн. т. Если устройство столкнется с айсбергом массой менее 10 млн. т, то устройство не сдвинется с места и погашение кинетической энергии произойдет за счет разрушения от соприкосновения его с острыми углами на поверхности устройства. Предполагается что, в обоих случаях устройство должно погасить большие динамические нагрузки при столкновении с айсбергом и защитить платформу от разрушения.

Еще предлагается конструкция  платформы «Чейн-Стар», у которой  ледовую нагрузку от айсбергов воспринимают якорные цепи, расходящиеся лучами. Цепи, по мнению фирмы, позволяют погасить кинетическую энергию и остановить айсберг на большом расстоянии от платформы. Цепи прикрепляются одним концом к якорям на морском дне, а другим - к поглотителям энергии на верхней части платформы. Поглотители энергии сравнительно громоздкие и требуют специальной системы регулирования. Фирма «Скэнска» рекомендует использовать цепную систему для защиты платформы, представляющей собой ступенчатый кессон. На кессон устанавливается верхнее строение на четыре колонны. При такой конструкции цепная система сможет остановить айсберг массой до 3,5 млн. т, движущийся со скоростью 3,7 км/ч.

Следует отметить, что в  настоящее время разработан и  предложен ряд технических решений в области конструкций морских стационарных сооружений, однако применяются они лишь в ограниченных районах: мелководных зонах прибрежного льда, зоне арктического пакового льда и глубоководной зоне прибрежного льда в районе Канадских арктических островов, море Бофорта, а также на Сахалинском шельфе [3, 4, 10-13, 15, 23].

Пока не созданы надежные конструкции для работы в акваториях с паковым льдом на глубинах более 20 м. Наиболее предпочтительными являются стационарные сооружения кессонного типа, которые предлагается использовать в условиях пакового льда на водных глубинах до 60 м.

Одним из наиболее эффективных  вариантов морских стационарных платформ ледового типа является МСП  в виде монопода 8 (рис. 1).

2. Задачи при выборе типа МСП для работы ледовых условиях

При выборе типа МСП для  работы в сложных ледовых условиях проектировщику необходимо решить следующие  задачи:

1) изучение окружающей  среды с целью получения достоверных  сведений в конкретном районе  предполагаемой установки сооружения (волнение, ветер, ледовая ситуация, грунтовые условия, сейсмичность);

2) выбор типа МСП;

3) изучить поведение конструкции  в эксплуатационных и экстремальных  условиях;

4) произвести экономические  обоснования;

5) создание проектной документации.

 

3.Практическое использование МСП для работы в ледовых условиях Сахалинского шельфа

Платформа «Орлан» первоначально  носила название «Glomar Beaufor sea I» (Гломар Бофорт Си I) и была построена в 1983-1984 гг. в Японии. В 1984 г. платформа была отбуксирована и установлена в море Бофорта (США, штат Аляска). Платформа эксплуатировалась в море Бофорта в качестве установки разведочного бурения. В результате ее эксплуатации было практически доказано, что конструкция платформы приспособлена для круглогодичной эксплуатации в суровых арктических условиях. Платформа обладает большим опытом работы в условиях льдов и соответствует самым высоким стандартам безопасности и охраны окружающей среды. В период с 1984 по 1997 г платформой пробурено 6 разведочных скважин.

Компания «Эксон Нефтегаз Лимитед» (ЭНЛ) приобрела у компании «Global Marine Drilling» буровую платформу  «Glomar Beaufort Sea I» и назвала ее «Орлан» для того чтобы использовать ее в проекте «Сахалин-1». Для участия платформы в проекте «Сахалин-1» платформа была переоборудована на ОАО «Амурском судостроительном Заводе» из разведочной в добывающую.

Платформа относится к  буровым установкам типа CIDS (CIDS – сталебетонная буровая установка на искусственном основании), которая к тому же является мобильной оффшорной буровой установкой (MODU - mobile drilling offshore). Платформа предназначена для оффшорного бурения в суровых арктических условиях на глубинах 10.7 - 16.8 м.

Американское Бюро Судоходства  классифицировало эту платформу  как - железобетонная погружная буровая  платформа арктического типа с присвоением  класса Буровая установка А1 (кессонного типа), ледовый класс IАА. По отечественной классификации платформа "Орлан" - это погружная ЖББП (ЖББП – железобетонная буровая платформа) арктического типа.

В результате объемной работы проведенной ОАО «АСЗ» в г. Комсомольске-на-Амуре, на платформе  «Орлан» были установлены следующие  компоненты: вентиляционная стрела, технологический модуль, модуль инженерного оборудования, модуль устьевогооборудования, вертолетная площадка, аварийно-спасательные средства. На платформе модификации подверглись: жилой модуль, система подачи забортной воды, грузовой кран и палубные баржи.

Комплексное проведение буровых  работ на платформе можно одновременно обеспечивать с помощью 8 нефтедобывающих  скважин, 5 газонагнетательных скважин, 1 скважина для удаления отходов  бурения и 6 скважин для использования  на последующих стадиях проекта.

Платформа была успешно транспортирована и установлена на постоянное место  эксплуатации на месторождении Чайво (рис. 2) по проекту «Сахалин 1» (рис. 3).

 

 

Рис. 2 - Месторождение Чайво Рис. 3 – Проектный вид МСП «Орлан»

 

МСП «Моликпак» - Ледостойкая  платформа приобретенная компанией  «Sakhalin Energy». Ранее с 1984 года платформа эксплуатировалась в Канаде, в море Бофорта. Изначально платформа была предназначена для разведочного бурения, была установлена на глубине 15 м.

Платформа «Моликпак» (ПА-А) была установлена на Астохской площади  Пильтун-Астохского месторождения  в Охотском море в сентябре 1998 года в рамках проекта «Сахалин-2», в 16 км от побережья, глубина моря в месте  установки составляет 30 м (рис. 4, 5). До осени 2008 года она являлась главным  объектом производственно-добывающего  комплекса «Витязь». «Моликпак» представляет собой модернизированную буровую  платформу ледового класса. Название «Моликпак» означает «большая волна» на языке эскимосов северной Канады, где эта платформа базировалась раньше (в море Бофорта). В 1998 году к  основанию платформы «Моликпак» было добавлено 15-метровое промежуточное  стальное основание, чтобы установить ее в более глубоких водах у  острова Сахалин.