Раздел 2. Морская стационарная
 Скачать 4.78 Mb.
|
|
Морская стационарная платформа 1 Морская стационарная платформа - морское нефтегазопромысловое сооружение, состоящее из верхнего строения и опорного основания, зафиксированное на все время использования на грунте и являющееся объектом обустройства морских месторождений нефти и газа. 2 Конструкция стационарных платформ состоит из трех основных частей: • Верхние строения • Опорный блок • Фундамент 3 Верхние строения можно подразделить на опорную палубу и блок-модули бурения, добычного комплекса, системы подготовки продукции скважин, поддержания пластового давления, размещенных на палубах. Опорный блок является наиболее важной частью платформы, поэтому при проектировании ему уделяется основное внимание. Опорный блок состоит из трубчатых опор большого диаметра, соединенных многочисленными трубчатыми элементами меньшего диаметра, называемыми поперечными связями. Между каждой парой опорных блоков устанавливают ферменные пролетные строения. 4 Сваи опорного блока вместе с опорами, как правило, изготовляют наклонными, что обеспечивает увеличение размера блока у основания и тем самым повышает его сопротивление опрокидывающему моменту. В поперечном направлении от платформы наклоны имеют только наружные опоры. При такой конструкции обе центральные опоры параллельны, что позволяет спускать их на полозьях на транспортную баржу с последующей доставкой опорного блока от места изготовления на точку установки. 5 Конструктивные параметры опорного блока и фундамента разрабатывают после определения геометрии верхних строений платформы и величины нагрузок на нее. Предварительные размеры верхних строений выбирают на основе имеющегося опыта. Для определения необходимого числа и размеров свай, а также установления потребности в юбочных сваях усиления проводят анализ грунтовых условий. Для выбора окончательного варианта конструкции опорного блока и основания необходимо повторять анализ параметров платформы с учетом реакции свай на горизонтальные и вертикальные нагрузки. 6 Существует несколько способов модификации опорного блока с учетом изменчивости глубин и грунтовых условий. Для этого применяют сваи и опоры, через которые они проходят, большего диаметра, чем промежуточные. В случае одинаковости размеров всех опор для усиления платформы можно предусмотреть юбочные сваи, разместив их между опорами. Можно также расположить кусты юбочных свай вокруг угловых опор. Из-за наклона опор расстояние между ними на уровне морского дна больше, чем в верхней части опорного блока. Использование юбочных свай позволяет также повысить устойчивость конструкции. После разработки конструкции основания проводят анализ растягивающих нагрузок и определяют максимальную их величину на сваи. 7 Патрубки для юбочных свай включаются в конструкцию опорного блока, начиная со второго снизу уровня горизонтальных поперечных связей. Они отстоят от боковой плоскости опорного блока, с тем чтобы сваи могли проходить через направляющие параллельно этой плоскости. В глубоководных платформах юбочные группируют вокруг угловых свай большего диаметра. Это позволяет повысить сопротивление конструкции опрокидывающему моменту, возникающему из-за действия волн и ветра. 8 Верхние строения современных платформ обычно имеют три палубы: • Буровую (верхнюю) • Эксплуатационную (среднюю) • Нижнюю 9 Нижняя палуба опирается на решетку, состоящую из балок, ферм и рядов колонн. Их нижние концы соединены со сваями, которые через опоры опорного блока уходят в морское дно. Опорную конструкцию палубы обычно изготавливают из группы параллельных ферм с крестовыми поперечными связями. Верхние и нижние пояса ферм могут быть фланцевыми или трубчатыми, а их решетки обычно состоят из трубчатых элементов. 10 Опорная конструкция палубы поддерживает размещаемые на ней блок-модули и верхние строения. Он может выступать за пределы площади, ограниченной периферийными опорами опорного блока во всех направлениях. Таким образом, размеры опорной конструкции палубы могут колебаться в зависимости от числа опор и функциональных требований к платформе. Иногда опорную конструкцию первоначально изготавливают без поперечных связей, с тем чтобы обеспечить проемы для спуска на салазках технологического оборудования. После чего поперечные связи приваривают по месту их расположения непосредственно в промысловых условиях. 11 Установку блок-модулей на опорной конструкции палубы осуществляют в соответствии с составленным в ходе предварительного проектирования планом. Блок-модули изготавливают на берегу. Здесь же они проходят испытания, а затем их перевозят на судах к месту установки. Блок- модуль. Вид снизу. 12 Положение межустановочных трубопроводов определяют таким образом, чтобы окончательные соединения блок-модулей в морских условиях можно было осуществить с помощью бортовых соединений двух фланцев или приваривания переводника. Участки палубы, не предназначенные для размещения блок- модулей, покрывают листовым железом, а устьевое пространство на верхнем и промежуточном уровнях - съемными листами. 13 Промежуточная палуба обычно повторяет форму и размеры буровой. Размеры нижней палубы ограничиваются несущими опорными колоннами и ее заделывают стальной решеткой. Промежуточная палуба 14 Кондукторы и стояки не являются несущими элементами опорного блока платформы, тем не менее они необходимы для выполнения функциональных требований, предъявляемых к последней. В самом начале проектирования определяют число скважин, которые предстоит пробурить, например, 18, 24, 30 или более в соответствии с экономическим обоснованием проекта разработки месторождения. Скважины бурят через кондукторы, которые располагают таким образом, чтобы над ними можно было установить вышку, перемещаемую по палубе бурового портала. 15 Кондукторы представляют собой элемент конструкции ствола скважины - вертикальные обсадные трубы диаметром примерно 0,76 - 0,91 м, которые через направляющие кольца забивают в грунт на глубину около 60 м для последующего в них бурения. 16 Стояки - вертикальная часть трубопроводных коммуникаций, расположенных внутри опорного блока, предназначены для подачи морской воды на палубы, подсоединения выходных и магистральных нефте - и газопроводов, идущих от одной платформы к другой или на берег, и осуществления других технологических процессов. Их диаметры могут изменяться от 0,36 м до диаметров кондукторов. Число стояков даже небольшой автономной буровой определяют в зависимости от числа скважин и технологических функций платформы (эксплуатационная, технологическая и др.). 17 Большая часть платформ имеет две двухуровневые причальные посадочные площадки: по одной на каждой стороне опорного блока между колоннами. Доступ к различным палубам осуществляется с помощью маршевых лестниц и лифтов, число которых должно быть достаточным для обеспечения бесперебойной работы. Каждую опору опорного блока снабжают демпфирующим причальным устройством. Они тянутся по вертикали на значительную глубину с тем, чтобы сделать возможным причаливание судов, погрузку и разгрузку оборудования и материалов в различных погодных условиях. 18 На платформе необходимо иметь как минимум один стационарный кран, обычно его грузоподъемность составляет 80 т, а вынос стрелы за пределы палубы - 7 - 8 м. 19 СВАЙНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МОРСКИЕ ПЛАТФОРМЫ 1 Термином «стержневые стационарные» называются платформы, имеющие три основных блока (или части): свайный фундамент, стержневая несущая конструкция и верхняя часть, которая собственно и является платформой, т.е. площадкой, на которой размещается технологическое оборудование и помещения для обслуживающего персонала. Дадим краткое описание каждой части платформы. 2 Свайный фундамент представляет погруженные в грунт дна сваи в точках, на которых будут устанавливаться несущие стержни стержневой системы. Эти сваи (по одной или несколько в опорной точке) служат фундаментами для опорных стержней. Стержневая система представляет конструкцию, состоящую из несущих вертикальных или наклонных стержней, усиленных поперечными связями, обеспечивающих необходимую жесткость конструкции в целом. Верхняя, часть платформы представляет собой либо понтон, обладающий положительной плавучестью, либо ферменную или балочную конструкцию, имеющую настил, на котором размещается оборудование, производственные и жилые помещения. 3 ПЛАТФОРМА НА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СВАЯХ 4 Палуба расположена на стержнях, которые будем называть несущими, которые, в свою очередь, установлены на свайные фундаменты. Стержни (их условно тоже иногда называют сваями) могут иметь в поперечном сечении круглую или другую форму. Наиболее часто - это круглая форма. Для несущих стержней используются трубы, диаметр и толщина стенки которых назначаются по условию обеспечения необходимой несущей способности стержней. Форма платформы, с вертикальными сваями, применяется в морях, на поверхности которых либо не образуется лед, либо образуется лед небольшой толщины, а глубины невелики (10- 20 м). 5 ПЛАТФОРМА С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ НАКЛОННЫМИ СВАЯМИ 6 Для повышения уровня устойчивости платформы в целом может быть использована конструкция, с наклонными сваями. Основное отличие этой платформы заключается в наклонном расположении крайних несущих стержней. Тем самым достигается существенно большая жесткость конструкции всего сооружения; существенно меньшими будут поперечные перемещения верхней части (палубы) под воздействием ветра, волн и течений. 7 СТЕРЖНЕВАЯ СТАЦИОНАРНАЯ ПЛАТФОРМА 8 Cтержневые стационарные платформы применяются и при больших глубинах. Стержневую несущую систему в этих случаях делают в форме усеченной пирамиды, имеющей в плане три, четыре и более несущих стержней. Все они подпираются и соединяются поперечными стержнями и раскосами. Платформа, как и предыдущие, состоит из трех частей: верхней палуба, несущей стержневой системы и свайных фундаментов под несущими стержнями. В результате образуется пространственная конструкция из несущих нагрузку стержней, а также поперечных и раскосных стержней. В практике строительства МНГС имеются примеры такого типа стационарных платформ при глубине моря до 400 м. 9 Следует отметить, что стержневые основания такого типа платформ называют часто сквозными или решетчатыми. Понятие «сквозное» означает, что вода при наличии волн и течений может проходить сквозь решетчатую конструкцию несущей части платформы. Для более надежного закрепления стационарной платформы в целом внутри основных несущих стержней в грунт забивают сваи удерживающие. После забивки в грунт на расчетную глубину эти сваи соединяются с несущими сваями. Отметим, что сваи, забиваемые в грунт внутри несущих стержней-опор, удерживают платформу не только от опрокидывания, но и от сдвига. Сваи из труб диаметром 1400 мм опускаются в грунт через отверстия в фундаментной плите, что обеспечивает точное размещение свай. На нижних концах свай имеется так называемый башмак, который после опускания сваи не дает возможности грунту проникать внутрь сваи. 10 ПЛАТФОРМА С ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ФУНДАМЕНТОМ 11 Для повышения устойчивости стержневых конструкций платформ, что очень важно при больших глубинах моря, в основании стержневой конструкции устанавливается специальное железобетонное основание. На грунт устанавливается фундамент в форме квадрата из монолитного железобетона. Фундамент изготавливается на стройплощадке в порту и доставляется буксирами к месту установки. Специально устраиваемые цилиндрические розетки предназначены для установки в них несущих вертикальных стержней, изготовляемых, как правило, из труб. Эти трубы-стержни показаны в виде линий с целью выделить фундаментную часть. Верхняя часть платформы, расположенная над поверхностью воды, используется для размещения бурового и другого технологического оборудования. Фундамент может быть дополнительно закреплен сваями. 12 ОБЪЕДИНЕНИЕ ПЛАТФОРМ ПРИ ПОМОЩИ ЭСТАКАД 13 При освоении морских нефтегазовых месторождений в некоторых случаях в одном так называемом кусте размещаются две, три, а иногда и большее количество платформ, объединяемых с помощью эстакад. Это позволяет обеспечить более оперативную работу обслуживающего персонала, а также повысить общую устойчивость каждой из платформ, т.е. иметь большую статическую определенность двух и даже трех объединенных платформ. Стационарные платформы описанного вида применяются на морях, на которых не образуется ледовый покров. Это объясняется тем, что стержневые блоки даже с поперечными связями обладают слишком малым сопротивлением боковым нагрузкам от давления льда. 14 ГРАВИТАЦИОННЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ МОРСКИЕ ПЛАТФОРМЫ 1 Под термином «гравитационные» понимаются все платформы, удерживаемые на дне за счет собственного веса и связей нижней части платформы с грунтом основания. Районы применения МСП-ГТ обусловливаются, главным образом, мощными силовыми воздействиями на платформу, стремящимися сдвинуть или опрокинуть ее. Такими силовыми воздействиями являются: сейсмические воздействия, течение, волны, ветер и особенно подвижки льда в зимний период. Если воздействие сейсмических толчков, течений, волн и ветра могут противостоять платформы легкого типа, то давлению двигающихся в зимний период льдов может противостоять массивная платформа, расположенная на грунте и удерживаемая от сдвига соответствующим закреплением на грунтовом основании. 2 Гравитационные платформы по форме и конструктивным особенностям классифицируются следующим образом: • Массивная гравитационная платформа с вертикальными стенками • Массивные гравитационные платформы с наклонными боковыми поверхностями • Железобетонные гравитационные платформы для замерзающих морей 3 МАССИВНАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛАТФОРМА С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ СТЕНКАМИ 4 Гравитационный массив, имеющий вертикальные стенки, изготовленный в форме прямоугольника (вертикальное сечение) из бетона или железобетона, устанавливается на дно моря. На верхней плоскости массива устанавливается верхняя палуба. Размеры палубы определяются технологическими и жилищно-бытовыми требованиями. На ней (и в ней) размещаются блок-модули с оборудованием, энергетические установки, жилые помещения, буровые вышки, вертолетная площадка. В массиве имеется шахта для прохождения буровых труб, а также емкости для хранения нефтепродуктов, других жидких материалов, запасов труб и другого оборудования. Весь массив (его можно назвать еще несущим корпусом) может быть монолитным или собранным из отдельных бетонных блоков, заранее изготовленных на береговой базе и доставленных к месту установки на специальных баржах или иных плавсредствах. 5 6 Монолитный массив может быть изготовлен с применением так называемого кессона, по существу представляющего металлический ящик огромных размеров. Массив при использовании кессона не обязательно полностью заполнять бетоном. Можно сделать внутреннюю стенку (оболочку) из бетона или железобетона, а внутренность заполнить рыхлым или крупноблочным материалом, например, гравием или камнем. 7 Массив, собираемый полностью из блоков, возводится непосредственно на месте его постоянного расположения, а технология изготовления монолитного массива с применением кессона содержит два крупных этапа: в порту, на специальной строительной площадке строится металлический каркас корпуса блока, и затем на плаву он доставляется к месту установки, где и затапливается. После чего бетонируется блок (применяется подводное бетонирование), а затем заполняется крупноблочным материалом. Возможен также вариант изготовления блока полностью в порту (изготовление кессона и заполнение его бетоном), затем доставка блока на плаву, опуск его на дно и заполнение внутреннего массива крупнозернистым и крупноблочным каменным материалом. 8 МАССИВНЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПЛАТФОРМЫ С НАКЛОННЫМИ БОКОВЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ 9 Форма платформы с вертикальными стенками имеет, наряду с таким достоинством, как минимальный объем материалов, расходуемый на её сооружение, и существенные недостатки. Эти недостатки заключаются, прежде всего, в том, что волны и лёд воздействуют на вертикальные стенки. В этом случае силы воздействия будут наибольшими, что потребует увеличения объема массива, чтобы удержать платформу от сдвига или опрокидывания. Для уменьшения величины силового воздействия платформам в разрезе придают форму усеченной пирамиды. Как волны, так и лёд в этом случае при воздействии на боковые поверхности будут изменять направление силового воздействия, поднимаясь по наклонным поверхностям. Высота подъёма верхнего блока зависит от возможного подъёма уровня воды в море и определяется как сумма приливного подъема уровня воды, высоты волны (наибольшей), высоты поднятия воды при набеге волны на откосе и навигационного запаса высоты. 10 11 Платформа с ломаными боковыми гранями состоит из двух частей: верхней, изготавливаемой из бетона в металлической оболочке (кессоне) и нижней - из бетонных блоков тетраидной формы или из насыпного грунта (несортированного камня). Нижняя часть осыпается на высоту, в пределах которой воздействие волн минимально или вообще отсутствует. Верхняя часть является так называемым верхним строением (или палубой), на которой размещается буровая вышка (или вышки), техническое оборудование, склады, жилые помещения). Следовательно габаритные размеры должны быть выбраны из условия их размещения на верхнем строении. 12 В поле бетонного массива (под водой) могут быть размещены помещения (платформа с ровными боковыми гранями) для складирования труб и расходных материалов. Для платформы с ломаными боковыми гранями такими помещениями являются емкости. В обеих платформах сверху донизу проходит шахта для прохождения сквозь массив буровых колонн. Платформа формируется из двух частей: нижней, состоящей из каменных отсыпок, и верхней, состоящей также из камня (несортированного) и обложенной бетонными блоками. Пространство между каменными дамбами, образующими замкнутое пространство, засыпается гравием. Внутри создаются полости для размещения материалов и сквозное отверстие для спуска бурового оборудования. 13 14 При многоярусной схеме платформа с наклонными боковыми поверхностями имеет несколько слоев, каждый из которых имеет высоту. Массив создается следующим образом. Отсыпается из крупного рваного камня замкнутая в плане дамба на участке дна. Внутреннее пространство засыпается гравием. Затем на площадку отсыпается следующая замкнутая дамба и внутри её засыпается гравий. Процесс продолжается до тех пор, пока на поверхность не будет выведен последний слой. Одновременно с возведением массива внутри каждой из платформ могут устраиваться шахты и емкости для складирования труб и других материалов. Платформы описанной формы могут устраиваться только на малых глубинах, в пределах 15-20 м, так как при больших глубинах трудно обеспечить их устойчивость и неразрушимость от воздействия течений и волн. Основной объем строительных материалов (камень, песок) могут быть найдены в районе строительства, что существенно уменьшает затраты на строительство. 15 |