Генезис формирования архитектурно-конструктивного облика морских ледостойких стационарных сооружений для освоения предельно мелководного арктического шельфа

Кравченко В.А., Илюшкин А.П., Лебедев А.В.,Кравин Г.В.,Юрин И.А. ООО «Комплексные Инновационные Технологии», Москва


GENESIS OF ARCHITECTURAL AND CONSTRUCTIONAL APPEARANCE OF OFFSHORE ICE-RESISTANT STATIONARY PLATFORMS FOR THE DEVELOPMENT OF EXTREMELY SHALLOW ARCTICAL SHELF


Kravchenko V.A., Ilushkin A.P., Lebedev A.V., Kravin G.V., Yurin I.A. LLC "Complex Innovative Technology", Moscow


Most of promising hydrocarbon deposits are located at the shallow water shelf of the Arctic seas. Today one of the most important tasks of shallow shelf field development is a forming the basis design for the creation of the offshore ice-resistans stationary platforms (OIRSP).OIRSP operation in these areas is characterized by extreme climatic factors and the restrictions caused by extremely shallow water. These factors determine special requirements for the architectural and constructional appearance of platforms such as the provision of safe operation and the creation of the specific building technology.In this report by LLC "Complex Innovative Technology" was presented the result of the conceptual design of OIRSP developed under the Federal Program "Development of civil marine engineering" for 2009-2016.Proposed solutions characterised by different technical and operational parameters, zoning schemes that provide safety, methods of delivery and construction.The modification of architecture and structural types of platforms is based on principles of design efficiency, safety and operational efficiency throughout the whole life cycle. The construction of OIRSP is based on block-modular technology.


Значительная часть перспективных месторождений углеводородов расположена в мелководной зоне Арктического шельфа. На сегодняшний день одной из важнейших задач обустройства месторождений мелководного шельфа является формирование проектной базы для создания морских ледостойких стационарных платформ (МЛСП).


Эксплуатация МЛСП в этих районах характеризуется экстремальным воздействием природно-климатических факторов, усугубленных предельным мелководьем, что накладывает особые требования к архитектурно-конструктивному облику платформ в части обеспечения безопасности эксплуатации и технологии постройки сооружений.


Возводимые на полярных шельфах гидросооружения представляют собой разнообразные конструкции. По своим размерам, конструктивным формам и т. п. они отличаются от традиционных портовых гидротехнических сооружений. Первые платформы из железобетона и стали, для континентального арктического шельфа начали проектироваться и строиться с конца 70-х годов.


Применяются в основном стационарные платформы, опирающиеся при эксплуатации на морское дно и имеющие значительные массы. К настоящему времени в мире, в том числе в России, разработаны проекты большого количества ледостойких платформ.


Большинство сооружений для добычи нефти и газа, эксплуатируемых в зонах полярного шельфа, являются стационарными и в состоянии эксплуатации опираются на морское дно.


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.


Гидротехнические стационарные сооружения, возводимые в областях полярного шельфа для добычи нефти и газа, разделяются на следующие две основные группы:


В настоящем докладе приведены результаты концептуального проектирования морских ледостойких стационарных платформ для мелководного Арктического шельфа России, полученные ООО «Комплексные Инновационные Технологии» по результатам проведенных работ в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы:


В результате работ было разработано 6 вариантов схем компоновки верхнего строения моно островной платформ, в том числе:


А также 3 варианта двух островной платформы и схем компоновки верхнего строения к ним:


Ниже представлен генезис формирования архитектурно-конструктивного облика морских ледостойких стационарных сооружений для освоения предельно мелководного арктического шельфа.


Предложенные компоновочные решения МЛСП полученные в рамках проводимых компанией ООО «Комплексные Инновационные Технологии», характеризуются различными технико-эксплуатационными параметрами, схемами зонирования для обеспечения безопасности, способами доставки и постройки на месте эксплуатации.


В основе видоизменения архитектурно-конструктивных типов платформ были положены следующие принципы:


Основным фактором, оказывающим влияние на взаимное расположение сооружений на опорном основании острова, является безопасность. Исходя из критерия безопасности, все сооружения ВСП можно разделить на несколько групп в зависимости от степени риска для обслуживающего персонала. К наиболее опасным сооружениям можно отнести буровое оборудование.


Далее, идя по степени снижения риска для персонала, можно отнести технологическое оборудование, затем пойдут вспомогательное и энергетическое оборудование, а к наименее опасной группе можно отнести помещения жилого модуля.


В связи с этим помещения жилого модуля должны быть расположены как можно дальше от более опасных сооружений, таких как бурового и технологического оборудования. Уровень безопасности можно повысить, если помещения жилого модуля вынести на отдельно стоящую платформу, которая будет соединяться с основной/производственной платформой – мостом.


При определении конструктивных параметров сооружения принимались во внимание следующие аспекты проекта:


2-1.png


Рис. 1 Общий вид моно островной платформы (Вариант 1)


Моно островная платформа с опорным основанием из 5 барж с корпусами из дисперсно-армированного бетона.

Габариты острова 200 х 200 м обеспечивают размещение на его верхней палубе всех технических, технологических и жилищно-бытовых комплексов в один ярус по высоте.


При этом на двух баржах размещаются два эшелона с буровыми вышками, работающих во встречных направлениях. Число скважин до 40. Жилой блок-модуль размещен с наветренной стороны на максимальном удалении от наиболее опасных технологических зон. На крыше жилого блока расположена вертолетная площадка.

2-2.png

Рис. 2 Общий вид моно островной платформы (Вариант 2)


Моно островная платформа с опорным основанием из 5 барж с корпусами из дисперсно-армированного бетона.

Габариты острова 200 х 200 м обеспечивают размещение на его верхней палубе всех технических, технологических и жилищно-бытовых комплексов в один ярус по высоте. В отличие от варианта 1 на двух баржах размещаются два эшелона с буровыми вышками, работающих в одном направлении при этом обе вышки расположены с подветренной стороны.


Такое размещение буровых эшелонов позволяет при значительном удалении жилого блок-модуля от наиболее опасных технологических зон расположение его с наветренной стороны и установку на его крыше двух вертолетных площадок. Число скважин до 40.

2-3.png


Рис. 3 Общий вид моно островной платформы (Вариант 3)


Моно островная платформа с опорным основанием из 5 барж с корпусами из дисперсно-армированного бетона

Габариты острова 170 х 145 м обеспечивают размещение на его верхней палубе всех технических, технологических, жилищно-бытовых комплексов и двух буровых эшелонов в один ярус по высоте.


При этом основной целью компоновки ставилась компактность размещения верхних строений с соблюдением зональности и максимального удаления жилого блок-модуля от наиболее опасных технологических зон. Снижение габаритов острова должно привести к значительному уменьшению трудоемкости железо-бетонных работ при изготовлении корпусов барж, снижению трудоемкости работ по подготовке площадки на дне моря с сохранением числа скважин до 40.

2-4.png


Рис. 4 Общий вид моно островной платформы (Вариант 4)


Моно островная платформа с опорным основанием из 3 барж с корпусами из дисперсно-армированного бетона

Габариты острова 120 х 120 м обеспечивают размещение всех технических, технологических и жилищно-бытовых комплексов в несколько ярусов на главной палубе опорного основания. В частности предлагается 3 палубы для вспомогательного, технологического и энергетического оборудования в теле железо-бетонной надстройки барж и размещение бурового и жилого комплексов на открытой верхней палубе.


При этом основной целью компоновки ставилась компактность размещения верхних строений с соблюдением зональности и максимального удаления жилого блок-модуля от наиболее опасных технологических зон и бурового оборудования. Снижение габаритов острова должно привести к значительному уменьшению трудоемкости железо-бетонных работ при изготовлении корпусов барж, снижению трудоемкости работ по подготовке площадки на дне моря с сохранением числа скважин до 40.

Буровая установка (одноэшелонная) для обеспечения данной компоновки должна быть разработана на базе серийно выпускаемых промышленностью путем сдваивания буровых станков.


2-5.png


Рис. 5 Общий вид двух островной платформы (Вариант 1)


Принцип зонирования по степени опасности и максимального удаления менее опасных зон от наиболее опасных, лучше всего выполняется при много островной, в частности двух островной, схеме компоновки платформы. В компоновке двух островной платформыварианта 1 предлагается сосредоточение бурового, технологического и энергетического комплексов на «технологическом» острове с габаритными размерами палубы 80 х 80 м.


Жилой комплекс со всеми обеспечивающими системами и вертолетной площадкой на крыше предлагается разместить на «жилом» острове с габаритными размерами палубы 51 х 31 м.


Длина переходного моста 35 м, что обеспечивает возможность обслуживающему персоналу добраться до помещения-убежища жилого комплекса с наиболее удаленной точки «технологического» острова в пределах 10 минут.


Общее опорное основание с габаритными размерами 200 х 100 м формируется целиком на акватории завода-строителя и буксируется к месту постановки.


Верхние строения доставляются крупногабаритными блок-модулями на баржах площадках и монтируются на острова опорного основания.


Размещение бурового комплекса в центре «технологического» острова обусловлено возможностью создания шахты-кессона в теле опоры острова для установки донной устьевой арматуры на число скважин до 40.

2-6.png


Рис. 6 Общий вид двух островной платформы (Вариант 2)


В компоновке варианта 2 предлагается размещение двух кантелеверов с одностанковыми буровыми установками и двух кессон-кондукторов для бурения до 20 скважин с каждого. Перемещение каждой буровой установки в пределах площади рабочей зоны кантилевера происходит вместе с опорной рамой и на раме по рельсовым путям.


В случае применения на каждом кантилевере двухстанковой буровой установки время бурения общего числа скважин до 40 штук может быть сокращено вдвое.


Жилой комплекс со всеми обеспечивающими системами и вертолетной площадкой на крыше предлагается разместить на «жилом» острове с габаритными размерами палубы 51 х 31 м.


Длина и клиренс переходного моста и нижней кромки палуб опорных островов выбираются аналогично варианту 1.

Общее опорное основание с габаритными размерами 230 х 100 м формируется и доставляется к месту постановки аналогично варианту 1.


Верхние строения доставляются и монтируются на острова опорного основания по технологии аналогичной варианту 1.


2-7.png


Рис. 7 Общий вид двух островной платформы (Вариант 3)


В компоновке варианта 3 предлагается разместить буровой комплекс на открытой палубе первого яруса технологического острова. Что позволит значительно снизить ледовые воздействия на кессон-кондуктор. В данном варианте возможно использовать, как одиночные, так и сдвоенные буровые установки, что позволит сократить как время бурения, так и сократить расходы на вспомогательное оборудования буровых установок, так как для сдвоенных станков оно одинаковое.


Жилой комплекс со всеми обеспечивающими системами и вертолетной площадкой на крыше предлагается разместить на «жилом» острове с габаритными размерами палубы 51 х 31 м.


Общее опорное основание с габаритными размерами 230 х 100 м формируется и доставляется к месту постановки аналогично ранее предложенным вариантам.


Монтаж и строительство верхнего строения аналогично ранее предложенным вариантам.

Трансформация двух базовых архитектурно-конструктивных типов платформы от варианта к варианту в каждом направлена на путь экономного проектирования.


Каждый из типов и их вариантов способен обеспечить выполнение основных функций платформы с обеспечением безопасности людей и оборудования в пределах требований нормативной документации. Тем не менее, в каждом конкретном варианте достижение обеспечения функционирования и норм безопасности производится различной комбинацией мероприятий. Путь экономного проектирования с применением уплотнения компоновок и сокращения габаритов сооружений ведет к снижению в определенной степени трудоемкости и стоимости строительства объекта и его эксплуатационных затрат.


Оптимальность выбора той или иной схемы компоновки архитектурно-конструктивного типа платформы должна определяться путем технико-экономического обоснования, в котором должно учитываться все: от выбора точки постановки и завода-строителя до определения стоимости проектирования, строительства и эксплуатации с учетом показателей по добыче продукта и запасов его на месторождении.