Классификация стационарных морских платформ

Наибольшее число  проектов 57% разработано для вод  глубиной 305—365 м. 30% —для глубин 365—460 м и 13% — на глубины больше 460 м.

 

1.3 Морские стационарные платформы  пирамидального (ферменного) типа

Морские стационарные платформы, закрепляемые сваями, представляют собой  гидротехническое металлическое стационарное сооружение, состоящее из собранного на береговой строительной базе опорной  части (основания), которая простирается от морского дна до некоторой отметки  над водной поверхностью и крепится к морскому дну сваями, и металлического, заранее изготовленного верхнего строения, оснащенного комплексом технологического оборудования и вспомогательных  средств и устанавливаемого на опорную  часть МСП.

Наиболее распространенных типов МСП пирамидального (ферменного) типа, предназначенных для глубин 110 - 150 м, показаны на рисунке 4.2. Металлическое  опорное основание имеет вид  одного или нескольких блоков в форме  пирамиды или прямоугольного параллелепипеда (пространственной фермы). 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. Трубчатые сваи забиваются в грунтовое основание через  колонны опорного основания. Эти  сваи не только поддерживают платформу, но и фиксируют сооружение в целом  от сдвигающих нагрузок, вызванных  ветром, волной и течением.

Типичная конструкция  буровой морской стационарной платформы  расположена в Мексиканском заливе на глубине около 90 м.

Рисунок 4.2 - Конструкция  современной МСП на опорном основании ферменного типа

Верхнее строение имеет в  плане размеры 18 36 м и массу  около 900 т. Масса опорного основания  около 1800 т. Восемь трубчатых свай 1, забитых через колонны опорного основания, имеют наружный диаметр 1,22 м и толщину стенки около 25 мм. В дополнение к ним по периметру  основания забиты четыре «окаймляющие»  сваи 2. Все сваи забиты в грунт  с наклоном 1:7 к вертикали на глубину  от 60 до 90 м.

Сооружение рассчитано на суммарную горизонтальную нагрузку от ветра, волны и течения, равную 13,5 МН, соответствующую максимальным штормовым условиям.

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, инструментов 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.

Ниже приведены краткие  технические данные МСП для одновременного бурения скважин двумя буровыми установками на месторождении им. 28 апреля на глубине 100 м.

Размер в плане, мм:

производственной площадки ……………. ..71 50

опорного блока ……………….……………..16 49

Масса, тыс, т:

платформы ………..……………………………12,1

опорного блока ………………………………..2,04

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

В зарубежной практике в  целях совершенствования конструкций  МСП имеется ряд принципиальных решений. Например, в проекте платформы  для месторождения Эйдер (Северное море) из конструкции исключены направляющие устройства для забивки свай с поверхности, сокращено число поясов фермы; элементы, расположенные в труднодоступных для осмотра местах имеют усталостную долговечность 120 лет.

Крепление свай к опорам платформы с помощью бетонирования  выполняется под водой с применением  дистанционно управляемого подводного аппарата. Исключена дистанционная  балластировка опор платформы и  упрощена трубопроводная обвязка.

В Мексиканском заливе в 1978 г. установлена жесткая опорная  часть МСП «Коньяк» (проект фирмы  «Макдермотт») на глубине 312 м. Пирамидальный моноблок состоит из трех секций, восьмиопорных и двух выносных опор. Выносные опоры прикреплены к опорной ферме на высоте 122 м от морского дна. Моноблочная ферма крепится к морскому дну сваями длиной 190 м. Сваи заглублены в морское дно на 137 м и пропущены через 24 направляющих кондуктора по наружному периметру фундамента. Период собственных колебаний конструкции от 4 до 5 сек. Масса блока 33,5 тыс. т, свай и направляющих кондукторов 23 тыс. т, общая масса МСП 59 тыс. т.

Имеются проекты и разработки МСП с пирамидальным моноблоком на глубину 488 м (проект «Галф оф Мексико платформ»), на глубину 396 м (проект «Фиксед платформ»), проект из двух опорных блоков на глубину 450 м (проект «Твин тауэр» для Северного моря) и др.

1.4 МСП башенного типа (ледостойкие конструкции)

Первое существенное изменение  конструкции морских платформ произошло  в 60-х годах при проектировании сооружений, предназначенных для  эксплуатации в заливе Кука у Аляски. Обширные движущиеся ледовые поля могут  ударяться о сооружение и оказывать  на него нагрузки большие, чем штормовые  ветер, волны и течение. В конструкциях сооружений, предназначенных для  этого района, удалены диагональные и горизонтальные связи в зоне, соответствующей приливным изменениям горизонта воды, а также там, где  они могут быть разрушены плавающим  льдом. Верхнее строение у таких  сооружений опирается на четыре колонны  большого диаметра. Внутри каждой колонны  по периметру забито несколько свай. Такие конструкции МСП башенного  типа получили название ледостойких.

      Одно из таких сооружений в период его эксплуатации имеет следующие параметры. Колонны опорного основания имеют диаметр 4,6 м и высоту 42 м, через каждую из них в грунт на глубину до 27 м забито по восемь свай диаметром 0,75 м. Рассчитанные в основном на восприятие ледовых воздействий, эти сооружения устанавливают так же, как обычные. Опорное основание собирают на береговой площадке, буксируют к месту эксплуатации, устанавливают в вертикальном положении и закрепляют с помощью свай, забиваемых через колонны.Благодаря большому диаметру колонн, опорное основание обладает достаточной плавучестью, что позволяет обойтись без специальных барж для транспортировки.

Ниже в качестве примера  приведено краткое описание платформы «Доллы Уорден», установленной в заливе Кука. Платформа разработана для бурения куста скважин из 32 - 48 скважин двумя буровыми установками и рассчитана на следующие параметры:

Скорость, м/с:

максимальная непрерывно продолжающаяся …..…….. 27

порывистого ветра ………………………………..……...36

морских течений …………………………………. ……3,05

Толщина ледяного покрова, м …………………………...1,8

Температура, ⁰ С:

окружающего воздуха ……………………………. ….…40

подводной среды ………………………………….. ….….7

Максимальное  колебание отливов и приливов, м … .….10,7

Максимальная  масса айсбергов, т ………………….. .…..40

 

Квадратный корпус платформы  расположен на высоте 54,6 м от морского дна. Масса корпуса 500 т. Корпус опирается  на четыре цилиндрические опоры диаметром 5,2 м. Расстояние между центрами опор 24,4 м. Опоры изготовлены из хладостойкого стального листа толщиной 19 - 51 м. Более толстая часть листа опор расположена в месте контакта лед - воздух на длине периодической смачиваемости. Внутри опорные колонны усилены внутренней трубой диаметром 2,75 м и рядом горизонтальных диафрагм и вертикальных ребер жесткости по всей длине колонны. Вверху колонны соединены четырьмя горизонтальными поясами, изготовленными из хладостойкого стального листа толщиной 19 - 25 мм. Пояса внутри усилены кольцевыми диафрагмами и продольными ребрами жесткости и служат опорой палубы платформы. Внутри поясов размещены отсеки для хранения питьевой и технической воды, топлива и стоков жидкости.

Подводная часть конструкции  внизу связана горизонтальными  и диагональными трубчатыми элементами диаметром 1,8 м. Платформа крепится ко дну 28 сваями диаметром 840 мм и длиной 106,7 м., расположенными внутри ног и  углубленными в морское дно на 55 м. Свай служат также направлением для бурения восьми скважин в  каждой опоре. Масса опорной части 4400 т.

Трехпалубная система  установлена на корпусе и состоит  из верхней буровой, средней эксплуатационной и нижней палуб. Буровая палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,040 - 0,075 МПа с  более высокой несущей способностью в зоне подсвечников. На палубе смонтированы две буровые установки, рабочие  и запасные емкости бурового раствора и стеллажи для труб, шесть емкостей вместимостью по 28,3 мі для хранения цемента.

За пределами палубы на консоли установлено жилое помещение  на 72 человека, а под стеллажами бурильных  труб - дополнительное жилое помещение. Над крышей основного жилого блока  расположена вертолетная площадка. Каждая буровая на платформе укомплектована вышкой с нагрузкой на крюке 4500 кН, буровой лебедкой с электроприводом, рассчитанной на глубину бурения  до 6000 м. Циркуляционная система из двух емкостей общей вместимостью 100 мі и запасной - 90 мі.

Эксплуатационная палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,04 - 0,047 МПа. Палуба высотой 6,1 м разделена  огнеупорными перегородками на семь отсеков.

На нижней палубе установлены  центробежные насосы, два котла, парогенератор, агрегат для дистилляции морской  воды, воздушные компрессоры и  насосы для перекачки нефти на берег. Система обогрева включает два  котла эквивалентной мощностью  по 129 кВт, питаемые водогликолевой смесью, и используется для обогрева всех помещений на платформе, кроме жилья, которое обогревается электрическими источниками тепла.

Два центробежных насоса мощностью  по 11 кВт обеспечивают циркуляцию водогликолевой смеси по замкнутой системе. В узловых пунктах платформы установлены автоматические нагреватели, снабженные вентиляторами.

Электросистема переменного тока напряжением 480 В питается от дизель-генераторов мощностью 750 и 500 кВт и газотурбогенератором мощностью 850 кВт. В одном из отсеков опорных поясов хранится 570 мі топлива, расходная емкость топлива размещена в отсеке дизель-генераторов. Котлы, парогенератор и все газовые турбины работают на попутном газе.

Работающий персонал на платформе, включая буровые бригады, операторов по добыче и вспомогательных рабочих, составляет 85 человек.

Кроме конструкций, имеющих  по четыре колонны в опорном основании, в заливе Кука установлена конструкция  с одной колонной (монопод). Необходимая для буксировки плавучесть создается здесь благодаря резервуарам, прикрепляемым к нижней части опорного основания. Для закрепления сооружения на дне и поддержания верхнего строения в грунт через опорные колонны забиваются основные сваи, а по периметру основания «окаймляющие» сваи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Упругие морские стационарные  платформы (глубоководные конструкции)

Упругой башней называют относительно тонкую стальную пространственную ферму из стержней с довольно равномерным по высоте расстоянием между горизонтальными поясами.

К классу упругих  башен относят находящуюся в эксплуатации в Мексиканском заливе на глубине 305 м МСП «Лена». Конструкция ее представляет собой ферму квадратного сечения со стороной квадрата 36,6 36,6 м, высотой 320 м и массой 21 тыс. т. В верхней части фермы имеется 16 опор диаметром 1220 мм, на которых установлено верхнее строение. Нижняя часть башни имеет 12 таких опор. В пределах верхней половины башни размещены 12 понтонов диаметром 6,1 м, длиной 36,6 м, обеспечивающие 9100 т плавучести. Понтоны стабилизируют платформу, уменьшают давление на фундамент, значительно облегчают монтаж платформы и оттяжек.

Используя опыт эксплуатации МСП «Лена», фирма «Эксон» изучила  шесть проектов глубоководных МСП, разработанных специалистами фирмы. Нагрузки от окружающей среды и гравитационные, действующие на МСП «Лена», распределяются на сваи, оттяжки, инерционность конструкции и понтоны. Перераспределяя эти нагрузки на перечисленные узлы конструкции, можно достичь оптимального варианта решения конструкции. Например, вес палубы можно передать на сваи или компенсировать подъемной силой понтонов. Понтоны, кроме этого, компенсирую горизонтальные силы, обеспечивая устойчивость платформы, уменьшают или полностью снимают нагрузки на оттяжки. Инерция основания увеличивает период боковых колебаний, снижает их амплитуду и соответственно снижает динамические нагрузки на оттяжки и сваи.

Рис. 24-Схема распределения  нагрузок между основными            элементами конструкции  упругих башен

Разница в вариантах  проектов упругих башен заключается  в способах, которыми достигается  заданный период колебаний, и определяется волновыми нагрузками, их воздействие перераспределялось между основными элементами конструкции (рис. 25).

Гибкая башня  рассматривалась как вариант  обычной свайной ферменной конструкции, у которой основание закреплено, а жесткость фермы уменьшена настолько, чтобы достигался большой период основных колебаний гибкого стержня.

Рис. 25-Схемы упругих платформ: 1 — башня с оттяжками; 2 — плавучая башня; 3 — башня с оттяжками и жестким основанием; 4— гибкая башня; 5 — упругая свайная башня; 6 — упругая свайная башня с жестким основанием