Лекция 21 сентября
Постановка на точку бурения производится с помощью буксиров и временного раскрепления на рейдовых почвах. Чтобы избежать удара опорных колонн о грунт в следствие вертикальных перемещений корпуса на волнении вводятся ограничения на амплитуду перемещения корпуса на волнении. Амплитуда вертикальных перемещений не должна перемещать 0,3 метра, а угол крена 0,5 градуса. При постановке сооружения на скалы и 0,9 и 1,5 градуса при постановке на мягкий грунт, а так же гравий или глину. При постановке СПБУ на илы перемещение корпуса может быть 1,2 метра, а угол крена 2 градуса. Опасно погружение опорных колонн в грунт, когда несущая способность по грунту еще не достигнута, а гродальные нагрузки действуют не только на опорные колонны, но еще и не поднятый из воды корпус. При недостаточной держащей силе буксиров может произойти поломка опорных колонн. Колонны погружаются в грунт за счет усилия, возникающего при выходе корпуса из воды. При этом у 3ех опорной установки нагрузка на колонны распределяется относительно равномерно, а у 4ех опорной установки переменная ступенчатая нагрузка передается то на одну, то на другую пару диаметрально расположенных колонн. В процессе установки СПБУ на точку бурения нагрузку на каждую колонну доводят примерно до половины расчетного веса установки. У 4ех опорной установки такое положение соответствует полному выводу корпуса из воды и передач его веса только на 2 диаметрально расположенные колонны. В случае 3ер опорной установки необходимо принять определенное количество балласта (морской воды), таким образом опорные колонны задавливаются в грунт и грунт уплотняется. Объем балласта рассчитывается таким образом, чтобы каждая колонна в процессе установки СПБУ на грунт подвинулась нагрузке, превышающей как минимум на 10 % наибольшее сжимающее усилие, которое может возникнуть в колонне в процессе эксплуатации с учетом опрокидывающего момента. Подъем колонны до расчетного клиренса осуществляется уже после прекращения осадки колонн. Особенность режима постановки СПБУ на точку бурения в отношении напряженно-деформируемых состояний проявляется в том, что колонны испытывают наибольшие за срок эксплуатации сжимающие усилия. А корпус подвергается наибольшим статическим нагрузкам. Кроме того, корпус 4ех опорной СПБУ оказывается при задавливании колонн в грунт в условиях специфического опирания на 2 диаметрально расположенные колонны. Этот режим особенно тяжел для зубьев опорных колонн и конструкций корпуса.
Функциональный режим (бурение) – это основной режим работы СПБУ из-за высокого положения корпуса над поверхностью воды а клиренс составляет от 9-18 метров. Волны воздействуют только на опорные колонны. Вся ветровая нагрузка напротив, приходится практически полностью на корпус и расположенное на нем оборудование. При этом около 40% ветровой нагрузки действует на буровую вышку и около 25% на порталы опорных механизмов (опорных колонн). В расчете принимается 1но процентная обеспеченность и максимальные за 50 лет значения средней скорости ветра на высоте 10 метров над уровнем моря.
Снятие с точки бурения – сопровождается возникновением значительных усилий в опорных колоннах и корпусе. Для извлечения колонн из грунта корпус опускают на воду, притапливают и этим создается избыточная плавучесть. Колонны 3ех опорной СПБУ извлекаются одновременно, а 4ех опорной – попарно, с передачей силы плавучести сначала на одну пару колонн, расположенных по диагонали, потом на другую. Если одна пара колонн запаздывает с выходом из грунта, это может создать в корпусе значительный кренящий момент, вызвать изгиб колонны и повреждение зубчатых реек. Для облегчения выхода колонн из грунта его иногда размывают.
Выбор типа и размеров сооружения для освоения морских месторождений.
Основные факторы, влияющие на стратегию освоения
1. Технологические факторы – основной технологический фактор, влияющий на выбор типа МНГС – целевое назначение намечаемого бурения морских скважин.Целевое назначение можно разбить на 3 группы: 1 – структурно-поисковое (перспектива на нефть и газ площадей и их подготовка), 2 – разведочные скважины (для подготовки разведанных запасов промышленных категорий и составление проекта разработки месторождений, 3 – эксплуатационные (добывающие, нагнетательные, оценочные и т д). Важным технологическим фактором является вид добываемой продукции, т е нефть, газ, конденсат и прочее. И характеристики определяют технологическую схему на платформе, методы эксплуатации (фонтанный, насосный, компрессорный и т д) и состав эксплуатационного оборудования на платформе. Важную роль играет глубина бурения7 Независимо от их назначения, т к оно определяет вид бурового оборудования, которое определяет массу и габариты верхнего строения. От этого фактора зависит и возможность проведения разведочных работ в условиях замерзающих морей за один межледовый период. Объем материалов требует для бесперебойного обеспечения буровых работ связан с автономностью платформы. Необходимо учитывать и технологические требования при выборе способов транспортировки сырья (танкер, баржа или трубопровод) а так же их хранение. Требование пожарной безопасности и охране труда так же находится в зависимости от технологических факторов
2. Гидрометеорологические и гидрографические факторы. Гидрометеорологические факторы являются основными при выборе типа МНГС. По ним так же определяют организацию работ по строительству и обеспечению нормальной эксплуатации. Первоначально необходимо иметь данные о ледовых условиях и глубине моря. По первому устанавливают класс сооружений (ледостойкий или неледостойкий), а по второму их конкретные типы (островные, эстакадные, платформы, подводно-добычные комплексы и прочее)
3. Связан с продолжительностью межледового периода, от которого зависит автономность сооружения и сроки бурения (например, возможность проведения работ за 1 сезон) и выполнение строительно-монтажных работ.
Отдаленность месторождения от берега определяет вид транспортных систем (водный, авиационный, сухопутный, по эстакадам, ледовому покрову и прочее)
Важным фактором при выборе типа ледостойкого сооружения является ледовый режим, характеризуемый комплексом параметров (толщина льда, пористость, соленость, скорость, площадь дрейфа и т д). Для определения конструкции надводной части учитывается ее обледенение. Для определения конструкции подводной части МНГС необходимо учитывать течение. Характеристики морской воды нужны для оценки ее коррозионной агрессивности и выбора материала сооружения. Температурный режим окружающего воздуха определяет конструирование жилого блока на платформе и выброс соответствующего бурового и эксплуатационного оборудования. Кроме того, на этот вид воздействия рассчитываются и несущие конструкции установки, особенно надводной части сооружения. В условиях арктических морей продолжительность отрицательного температурного режима окружающего воздуха влияет на выбор типа сооружения. Изменение уровня воды (сгонно-нагонные и … явления) в точке строительства определяет отметку нижней палубы верхнего строения6 а так же точек приложения равнодействующих ледовых нагрузок и прочее при различных вариантах. Сейсмическая активность районов может изменить всю концепцию выбора типа МНГС.
4. Инженерно-геологические факторы. Технологические факторы осваиваемого района влияют в основном на проектирование верхнего строения МНГС, а инженерно-геологические условия на конструкции фундаментной части сооружения. В зависимости от характеристик грунта, определяют гравитационный или свайный будет фундамент у платформы. От наличия песочных гравийных карьеров с песочными запасами в районе может зависеть и выбор типа сооружения (искусственные острова или платформы). Для начала проектирования необходимы результаты морской геодезической съемки в месте предполагаемого строительства на море (план, профиль и т д). Основными инженерно-геологическими данными являются: 1 – геологическое строение, место строения МНГС, 2 – структура извлекания сведения о тектонических процессах в районе работ 3- физико-механические характеристики грунтов, полученные в результате исследований 4 – степень агрессивности морской воды по отношению к конструкционным материалам фундамента, колонн, корпуса и т д. В зависимости от характеристик верхнего слоя грунта определяют степень защиты основания фундамента МНГС от размыва при совместном воздействии течений и штормовых волнений. Этот фактор один из наиболее важных при выборе МНГС гравитационного типа
5. Производственные факторы могут влиять непосредственно на выбор типа конструкции МНГС. В зависимости от наличия заводов и других береговой инфраструктуры, подбирают материал (металл, железобетон, комбинированные материалы, грунт, лед и т.д.). Удаленность от береговых строительных баз требует разработки технологии транспортирования элементов конструкции МНГС в сборе. В зависимости от производственных факторов, определяется необходимость создания береговых баз для обслуживания строительства МНГС и эксплуатации промысла. От наличия подъемных транспортных средств зависят массо - габатные характеристики элементов МНГС, что определяет величину нагрузок, возникающих при эксплуатации, изготовлении, транспортировке и монтаже конструкции. Для выбора конструкции фундамента (гравитационный или свайный), необходима информация о свайном оборудовании и технических средствах устройства основания под гравитационную платформу. Данные о механизмах и оборудовании для выработки и доставки грунта нужно как для строительства искусственных островов, так и для создания защиты берм вокруг опоры для предотвращения размыва донного грунта. Выбор способа монтажа верхнего строения (агрегатный, модульный, интегральный и пр.) зависят от наличия соответствующих подъемно-транспортных и специализированных плавучих технических средств. Кроме того, при наклонном бурении размеры и конструкция платформы зависят от глубины залегания продуктивных пластов. Чем глубже они расположены, тем большая площадь может быть проперфорирована с одной платформы. Поэтому, при глубоком залегании месторождения целесообразно разводить небольшое количество крупных платформ, предназначенных для обслуживания большого числа скважин. Для разработки приповерхностных месторождений рационально использовать значительное число легких платформ. Для предварительных оценок может быть использован следующий подход:
a. Незамерзающие акватории с глубиной до 100 м.
При малой глубине залеганий месторождений подо дном (сотни метров), надо пробурить большое число рассредоточенных по поверхности скважин.Для этой цели можно использовать искусственные острова, эстакады, приэстакадные площадки, платформы на сквозном опорном блоке, подвижные установки. Наибольшее распространение при глубине до 30 м и удаленности от берега о 50 миль получили эстакады. На больших глубинах в основном используются платформы на сквозном опорном блоке или самоподъемные плавучие буровые установки. С каждого опорного блока бурится небольшое количество скважин, поэтому на них размещают буровое и эксплуатационное оборудование. Блоки изготавливают достаточно легкими и относительно дешевыми ($8-9 млн). Применение СПБУ особенно рационально при наличии надежного подводного оборудования, установленного над скважиной и соединенного трубопроводами с нефтехранилищем. При большой глубине залегания месторождения подо дном (тысячи метров) его целесообразно разрабатывать с крупных платформ, предназначенных для бурения нескольких десятков скважин. Для сокращения сроков начала эксплуатации на платформе устанавливается несколько буровых станков. Для этого необходимо повышенное количество запасов, технологических площадей, оборудования, повышающих стоимость сооружений. Однако, так как для разработки месторождений требуется малое число платформ, их использование экономически эффективнее.
b. Незамерзающие глубоководные акватории.
Освоение месторождений с глубиной более 100 м в основном осуществляется с платформ на сквозном опорном блоке со свайным основанием и с гравитационных платформ. Одноцелевые платформы со строгим разделением по функциональному назначению бывают буровые и эксплуатационные. Буровые – более легкие, их верхнее строение имеет два яруса общей площадью около двух тысяч метров квадратных, а эксплуатационные имеют три яруса с площадью верхнего строения около трех тысяч метров квадратных. Разделение функций бурения и добычи обеспечивает большую пожаробезопасность платформы. Разработку с помощью одноцелевых платформ ведут при необходимости сокращения проекта, допуская при этом увеличение затрат на строительство комплекса дополнительными факторами. Определяющими целесообразность таких сооружений являются гидро-метеоусловия, позволяющие использовать облегченную конструкцию, а также большая протяженность месторождений в плане и необходимость бурения. Затраты на строительство многоцелевых платформ ниже, но в среднем на год задерживается ввод месторождения в строй/эксплуатацию. На отдаленных от берега акваториях наряду с прочими сооружениями используются и гравитационные, многоцелевые платформы, совмещающие функции бурения, добычи и хранения. С таких платформ бурится до 60 скважин, а объем нефтехранилища в среднем от 100 до двухсот тысяч м3. Суммарная площадь трех-ярусного верхнего строения – около 20000 м2. На глубине свыше 350 метров перспективны платформы в виде мачты с оттяжками, либо типа TLP.
c. Акватории с однолетними льдами
Можно эксплуатировать все типы стационарных сооружений кроме платформ на сквозном опорном блоке с часто поставленными опорами и поперечными связями, затрудняющими прохождение ледяных полей сквозь сооружение. На глубинах до 30 м эти искусственные острова оконтурены ограждением из погруженных элементов, на глубинах 30-60 метров гравитационные или свайные основания, на глубинах свыше 60 метров при толщине льда 0,6 м – гравитационные ж/б платформы.
d. Акватории с многолетними льдами.
При глубине более 100 метров возможность создания сооружения пересекающего поверхность затруднительна. Наиболее перспективным в этом районе является создание подводных буровых эксплуатационных комплексов. На меньших глубинах (до 30 м) возможно применение искусственных островов и гравитационных платформ. На глубинах до 7 м с продолжительностью ледового периода более 7 месяцев эффективны ледовые и ледогрунтовые острова.