Коновалов М.Ю., Игнатович В.С.

Севастопольский национальный технический университет, Украина

 

Аварии сооружений на континентальном шельфе

 

Освоение континентального шельфа отличается рядом проблем, связанных с транспортировкой буровой установки к месту эксплуатации, постановкой ее на точку бурения, а также с обеспечением способности противостоять суровым условиям окружающей среды в течение всего эксплуатационного периода.

Причинами аварий может послужить множество факторов, возникающих на разных этапах постройки и эксплуатации гидротехнических сооружений.

Недостаточно тщательно проведенные изыскания на месте эксплуатации сооружения во многих случаях приводят к повреждениям и даже гибели конструкций. Качество проектирования гидротехнических соору­жений во многом зависит от возможностей и опыта проектанта, от уровня его научно-технических знаний.

Значительная доля аварий морских сооружений связана с ошибками при эксплуатации. Аварийность подвижных буровых установок (ПБУ) и буровых судов (БС) вдвое выше, чем в транспортном флоте. Отчасти это объясняется более тяжелыми условиями эксплуата­ции ПБУ, которые не могут уйти в укрытие после штормового предупреждения. Дополнительную угрозу для ПБУ создают выбросы газа или нефти из скважин, взрывы и пожары. Немаловажную роль играет недостаточная квалификация, а зачастую халатность обслуживающего персонала.

Большое количество аварий связано с процессами транспортировки, монтажа, спуска опорных блоков на воду, постановки на грунт. Аварии стационарных платформ, вызванные эксплуатационными нагрузками, очень редки.

Причинами аварий при транспортировке, как правило, становятся более тяжелые, чем предполагалось по расчету, штор­мовые условия, трудные условия при прохождении стесненных акваторий и грубые ошибки персонала (например, оставленные незадраенными люки и переборки). Наиболее эффективным способом снижения аварийности при перегонах является применение специальных транспорт­ных судов, перевозящих буровые установки на палубе.

Крупные аварии и гибель самоподъемных буровых установок (СПБУ) связаны в основном с операция­ми перегона и спуска-подъема опорных колонн. Установки этого типа рассчитаны главным образом на нагрузки, возникающие в режиме бурения. Перегон разрешается лишь при небольшом волнении, и во время шторма СПБУ не всегда может перейти, подобно полупогружным буровым установкам  (ППБУ), из наиболее опасного транспортного положения в рабочее, то есть встать на опорные колонны.

На месте ведения буровых работ аварии и гибель СПБУ вызывают­ся, в основном, непредвиденными смещениями опорных башмаков и колонн. Один или несколько башмаков могут продавить верхний тонкий слой плотного грунта, под которым оказывается слабый грунт, не выявленный предварительно при изысканиях. Осадки баш­маков происходят и во время шторма под влиянием циклически изменяющейся нагрузки, передаваемой через колонны. Также башмаки могут быть подмыты и смещены донными течениями.

Одной из причин аварий СПБУ могут также быть усталостные разрушения колонн. Наибольшей аварийностью отличаются СПБУ с цилиндрическими телескопическими опорными колоннами. При извлечении из грунта колонн с заостренными концами, могут возникать трудности, зачастую приводящие к изгибу колонн, поломке реек или подъемных механизмов. Данная проблема может быть решена применением опорных колонн с уширенными башмаками.

Локальные разрушения опорных блоков наиболее часты в районе переменной ватерлинии (от ударов судов, льдин, падающих грузов, волновых воздействий). Сжатые диагональные связи опорных блоков после удара обычно получают вмятины или погнутость, из-за которых теряют устойчивость и выходят из строя – более половины разрушений прояв­ляется именно в такой форме. Значительную роль играют хрупкие разрушения узлов, усталость материала, коррозия. Другое неблагополучное место в опорных блоках – зона вблизи дна, где в элементах действуют наибольшие внутренние усилия, сильна коррозия, максимально гидро­статическое давление и возможны повреждения связей при посадке блока на грунт.

Железобетонные гравитационные платформы зарекомендовали себя как очень надежные сооружения. Падение грузов большой массы приводит лишь к мест­ным повреждениям перекрытия, не требующим значительных ремонт­ных работ. Аварийную ситуацию могут вызвать размывы грунта вокруг фунда­ментного блока и под ним. Этому способствуют потоки воды, обтекаю­щей преграду, и циклически связанные с волнением перепады порового давления в донном грунте. Как показывает опыт, наибольшая опасность размыва возникает в районе углов прямоугольного блока.

При размыве донного грунта происходит обнажение верхней части свай, что приводит к увеличению изгибающих моментов в них и одновременно к снижению несущей способности на растяжение и сжатие. Опорные блоки на свайном основании могут получить из-за размыва грунта необратимый наклон, после чего эксплуатация плат­формы становится невозможной.

Большое число аварий происходит на морских нефтегазопроводах. По статистике в среднем на каждые 50 км трубопровода приходится одна авария, на ликвидацию которой уходит до 10 суток, если вода не прони­кает в трубопровод, и до 3 месяцев в случае попадания морской воды в трубопровод. Причинами таких аварий являются коррозия труб (главным образом изнутри), истирание их в местах пересечения, усталостные явления в металле, зацепы якорями и тралами. Наибольшее число аварий происходит с трубопроводами, уложенными на дно на глубине до 30 м и в районах с интенсивным судоходством.

Таким образом, при проектировании морских буровых установок следует учитывать условия эксплуатации данных сооружений, их прочностные характеристики, а также немаловажное значение имеет процесс транспортировки конструкции на место эксплуатации и постановки ее на точку бурения.