Классификация стационарных морских платформ

 

Период вторичных  колебаний должен быть небольшим, чтобы обеспечить стойкость к усталостным разрушениям. Под периодом основных колебаний гибкого стержня понимается период поперечных колебаний, а под периодом вторичных колебаний гибкого стержня — период изгибных колебаний.

Рис. 26-Крепление свай к  опорам платформы: 1 — свая,  приваренная  к  направляющей   втулке;   2 — свая  свободно  проходит  через   направляющую втулку; 3 — узел крепления направляющей втулки к главной опоре; 4 — нижняя удлиненная направляющая втулка

 

Период поперечных колебаний задавался 25 с. Максимальный период изгибных колебаний выбирался около 7 с. При этом обеспечивалась стойкость к усталостному разрушению в условиях Мексиканского залива.          

 

 

           

Рис. 27-Схема платформы  РВР: 1 — палуба массой 30 тыс. т; 2 — крепление осевых свай на отметке + 10 м; 3 — сочленение верхней и нижней секций (плоскость сочленения): 4 — балластные камеры; 5 — нижние понтоны; 6 — верхние понтоны; 7 — 26 периферийных свай, воспринимающих горизонтальную нагрузку и работающих на срез; 8 — семь осевых свай; 9 — 20 опор переменного сечения

Башня (рис.27)общей  высотой 372 м, прямоугольного сечения 58 44 м состоит из 20-ти опор переменного сечения 9 от 2012 мм в нижней части до 1524 мм в верхней части. Фундамент башни поднят над морским дном на 3 м. Башня состоит из двух секций. Верхняя секция длиной 155 м имеет 10 понтонов 6 размерами 14,6 80 м, и нижняя секция длиной 217 м имеет 6 понтонов размерами 14,6 20 м. Верхние понтоны расположены на 30 м ниже уровня моря. Они предотвращают колебания башни с периодом более 6 с. Десять балластных камер (понтонов) 4 размерами 14,6 20 снижают плавучесть всей платформы до нейтральной. Семь осевых свай 8диаметром 1220 мм заглублены на 110 м и возвышаются над морским дном на 360 м. Они привариваются к опорам башни на расстоянии 10 м от уровня моря 2. Количество и диаметр осевых свай выбраны из расчета обеспечения требуемой осевой жесткости, существенно снижают период вертикальных колебаний, но не должны иметь значительной жесткости при кручении.  

           26 периферийных свай диаметром 2134 мм воспринимают горизонтальные нагрузки и работают на срез. Они заглублены в морское дно на 50 м. Расчетный период собственных колебаний башни по оси х составляет 65,2 с и по оси у — 52,2 с, что значительно больше возможного периода волн. Первый период изгибных колебаний по обеим осям менее 4 с, что указывает на невозможность динамической раскачки, так как волны с периодом менее 6 с большую нагрузку не создают.

При максимальной штормовой  нагрузке высота волн достигает 30 м, период волн 15 с, скорость течения меняется от 1,2 до 0,6 м/с у дна, скорость ветра на палубе 40 м/с. При минимальных скоростях ветра и течения башня отклоняется от вертикали на 1,12° и при волнении — на 2,52° (это такие же отклонения, что и у башни «Лена»).

 
Максимальные перемещения фундамента башни 680 мм. С учетом этого для изготовления башни рекомендуется использовать сталь с пределом текучести 346 МПа. На уровне дна в сваях возникают более высокие напряжения, и для свай рекомендуется сталь с пределом текучести 438 МПа. Секции башни транспортируются на место установки и собираются в горизонтальном положении. 

Гравитационно-свайные  МСП не сдвигаются с места установки благодаря не только собственной массе конструкции, но и за счет дополнительного крепления сваями опорной их части к морскому дну. МСП этого типа бывают различных конструкций, как по конфигурации сооружения, так и сочетанию применяемых материалов.

Гравитационно-свайные  основания на глубине более 300 м  в большинстве случаев представляют собой форму треноги. Конструкция опорной части состоит из центральной колонны большого диаметра, поддерживаемой тремя наклонными опорами.

Колонны могут быть в виде сплошных металлических цилиндров  больших диаметров или элементов  ферменной конструкции. Например, в  конструкции проекта «Трипод тауэр платформ» центральная колонна диаметром 15 м поддерживается тремя наклонными колоннами диаметром 8 м. Толщина стенок всех колонн 160 мм.

Центральные колонны  и боковые наклонные опоры  в средней части связываются  горизонтальными элементами жесткости  и раскосами. Конструкция МСП  устанавливается на четыре донных фундамента, закрепленных сваями и связанных между собой А-образной стальной рамой.

В проекте «Хайлант» центральная ферма-опора укреплена тремя боковыми наклонными фермами. Сечение всех ферм треугольное. Каждый силовой элемент изготовляется отдельным блоком. Масса центральной фермы 10 тыс. т, опор —4,5—5 тыс. т. На палубе предусматривается установка технологического оборудования массой 24 тыс. т и 16 направляющих колонн диаметром 712 мм. Масса основных конструкций 31 тыс. т, свай — 20 тыс. т. Расстояние от основной центральной фермы до основания опор 110м.

Опоры крепятся к  центральной ферме на глубине  от 40 до 79 м ниже уровня моря. Конструкции  могут применяться на глубинах моря: первая — от 150 до 460 м и вторая — от 200 до 400 м.

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Гравитационные морские стационарные  платформы (ГМСП)

 

Морские стационарные платформы, закрепляемые сваями МСП  пирамидального типа

МСП, закрепляемые сваями, представляют собой гидротехническое металлическое стационарное сооружение, состоящее из опорной части, которая крепится к морскому дну сваями, и верхнего строения, оснащенного комплексом технологического оборудования и вспомогательных средств и устанавливаемого на опорную часть МСП.

Опорная часть может  быть выполнена из одного или нескольких блоков в форме пирамиды или прямоугольного параллелепипеда. Стержни решетки блока изготовляют в основном из металлических трубчатых элементов. Количество блоков опор определяется надежностью и безопасностью работы в данном конкретном районе, технико-экономическими обоснованиями и наличием грузоподъемных и транспортных средств на заводе — изготовителе опорной части МСП.

На рис. 21 а, б, в даны схемы МСП, применяемые на Каспийском море. Ниже приведены краткие технические данные морской стационарной платформы для одновременного бурения скважин двумя буровыми установками на месторождении им. 28 апреля на глубине 100 м. Платформа состоит из двух опорных блоков, установленных на расстоянии 31 м друг от друга, и трехпалубного верхнего строения, которое включает 14 модулей, в том числе: два подвышечных, шесть модулей нижней палубы с эксплуатационным оборудованием 450 т каждый, шесть модулей верхней палубы с буровым оборудованием до 600 т каждый.

На платформе  размещен комплекс технологического и вспомогательного оборудования, систем, инструмента и материалов, обеспечивающих бурение скважин двумя буровыми установками.

Платформа оснащена блочными жилыми и бытовыми помещениями, вертолетной площадкой, погрузочно-разгрузочными кранами и др.

 

С платформы предусмотрено  бурение 12 скважин.

Размер в плане, мм:                                      Масса, тыс. т:

производственной   площадки                         платформы ..............  12,1   ....................................    71 Х50                        опорного блока .......  2,04

опорного блока ..........................   16 X 49

 

Опорные блоки крепятся к морскому грунту сваями. На опорные  блоки устанавливается верхнее  трехпалубное строение с модулями, оснащенными соответствующими технологическим и вспомогательным оборудованием и системами. 

Как известно, затраты  на обустройство морских нефтегазовых месторождении составляют свыше 50 % всех капиталовложений. Достаточно сказать, что стоимость отдельных нефтегазопромысловых платформ достигает 1—2 млрд долл.

Например, эксплуатирующаяся в настоящее время глубоководная гравитационная платформа для месторождения Тролль в Северном море оценивается в сумму свыше 1 млрд долл. Затраты на прокладку современного глубоководного магистрального трубопровода составляют 2—3 млн долл. за километр. Каждый новый этап в освоении шельфа вызывает к жизни новые технические решения, соответствующие возникающей проблеме. Разработан целый спектр технических средств освоения шельфа, выбор которых определяется совокупностью технологических, геолого-, гидрометеорологических, экономических, политических и других условий.

   

 Рис. 22 Современные глубоководные платформы, используемые для разработки шельфовых нефтегазовых месторождений

 

Так, например, для  выполнения работ по разведке, бурению скважин и добыче нефти и газа используются различные типы технических средств, изображенных на рис.22.

Среди инженерных компаний, успешно работающих в области  создания новой техники и морских нефтегазовых сооружений, приоритетные позиции занимают «Браун энд Рут», «Мак-Дермот», «Квернер», «Аккер» и др.     

 Советский опыт  в этой области накоплен организациями  Азербайджана, где институт Гипроморнефтегаз спроектировал, а Бакинский завод глубоководных оснований изготовил и установил более десяти металлических платформ на глубинах около 100 м. Институтом  ВНИПИ Шельф разработаны платформы высотой около 30 метров для газовых месторождений Крыма. Морские трубопроводы диаметром до 500 — 700 мм проложены на Каспийском и Черном морях и на Дальнем Востоке через Татарский пролив.

 

 

Гравитационные морские  стационарные платформы (ГМСП)

Гравитационные  МСП отличаются от металлических  свайных МСП как по конструкции, материалу, так и по технологии изготовления, способу их транспортировки и установки в море.

Общая устойчивость ГМСП при воздействии внешних  нагрузок от волн и ветра обеспечивается их собственной массой и массой балласта, поэтому не требуется их крепление сваями к морскому дну. ГМСП применяют в акваториях морей, где прочность основания морского грунта обеспечивает надежную устойчивость сооружения. 

 

Рис. 23-Схема платформы  типа «Кондип»: 1 — емкость с топливом; 2 -- стенки ячейки; 3 — верхняя крышка; 4 — опора хозяйственного оборудования; 5 — верхнее строение; 6 — буровая опорная колонна; 7 — хранилище нефти; 8 — нижняя крышка; 9 — балласт; 10 — стальная юбка; 11 — штифт

 

ГМСП — очень  массивные объекты, состоящие из двух частей: верхнего строения и опорной части. Опорная часть состоит из одной или нескольких колонн, изготовляемых из железобетонa. Колонны цилиндрической или конической формы опираются на многоячеистую монолитную базу (рис.23) 
База относительно небольшой высоты по сравнению с колоннами, состоит из ячеек-понтонов, жестко связанных между собой, и заканчивается в нижней части юбками с развитой общей опорной площадью на морское дно. Размеры опорной многоблочной плиты бывают в длину 180 м и по ширине до 135 м.

Преимущество ГМСП — непродолжительное время установки их в море, примерно 24 ч вместо 7—12 мес, необходимых для установки и закрепления сваями металлических свайных платформ. Собственная плавучесть и наличие системы балластировки позволяют буксировать ГМСП на большие расстояния и устанавливать их в рабочее положение на месте эксплуатации в море без применения дорогостоящих грузоподъемных и транспортных средств. Преимуществом их также является возможность повторного использования на новом месторождении, повышенные огнестойкость и виброустойчивость, высокая сопротивляемость морской коррозии, незначительная деформация под воздействием нагрузок и более высокая защита от загрязнения моря.     

 ГМСП применяют  в различных акваториях Мирового  океана. Особенно широко они используются  в Северном море.     

 К недостаткам  гравитационных платформ относится  необходимость тщательной подготовки  места  их установки. Особое внимание следует уделять на опасность аварий, которые могут возникнуть при разжижении грунта, его поверхностной и внутренней эрозии, местных размывах. 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Агагусейнов Ю.А. и др. «Самоподъемные плавучие буровые установки». - М.: Недра, 1979 г.

2. Архангельский И.В., Тимофеев  А.Н. Бурение скважин с плавучих  установок при инженерно-геологических  изысканиях. - М., Недра, 1976. - 260 с.

3. Бреббик К., Уокер С. «Динамика морских сооружений». Л., Судостроение, 1983 г.;

4. Баладинский В.Л., Лобанов В.А., Галанов Б.А. «Машины и механизмы для подводных работ»: Л.- Судостроение, 1979 г.;

5. Волков Ю.С., Рыбалов  И.И. «Сооружения из железобетона  для континентального шельфа».  М., Стройиздат, 1985 г.;

6. Вяхирев Р.М., Мирзоев  Д.А. «Обустройство и освоение  морских нефтегазовых месторождений». М., изд. Академии горных наук, 1999 г.;

7. Галахов И.Н., Литонов О.Е., Алисейчик А.А. «Плавучие буровые платформы». - Л.: Судостроение, 1981 г.;

8. Гусейнов Ч.С., Иванец  В.К., Иванец Д.В. «Обустройство  морских нефтегазовых месторождений». - М.: Издательство «Нефть и газ». РГУ нефти и газа им. И.М.  Губкина, 2003 г.;

9. Доусон Т. «Проектирование сооружений морского шельфа». - Л., Судостроение, 1986 г.;

10. Ермолаев Г.Г., Зотеев  Е.С. «Основы морского судовождения». - М., Транспорт, 1988 г.;