Коновалов М.Ю., Игнатович В.С.

Севастопольский национальный технический университет

Проблемы эксплуатации морских буровых установок

в ледовых условиях

Для разработки подводных месторождений нефти и газа имеются различные технические средства. Выбор типа и конструкции шельфового сооружения осуществляется с учетом следующих факторов: срок службы и целевое назначение, глубина моря, удаленность от берега, природные условия района эксплуатации, внешние нагрузки. К числу таких сооружений относят плавучие буровые установки (ПБУ) и морские стационарные платформы (МСП).

В настоящее время быстрыми темпами идет освоение континентального шельфа Севера Каспия и северных морей России, где одним из главных критериев, ограничивающих добычу нефти и газа со дна моря, являются ледовые условия, поэтому при проектировании буровых установок особое внимание следует уделять расчету ледовых нагрузок.

Сооружения, предназначенные для круглогодичной эксплуатации на шельфе арктических и замерзающих морей, должны обладать ледостойкостью. Особый подход к проектированию ледостойких платформ объясняется не только спецификой основного воздействия со стороны окружающей среды, но и условиями, в которых должно осуществляться строительство: очень короткий летний сезон (2-3 месяца); низкие температуры воздуха, способствующие обмерзанию сооружения и появлению хрупких трещин в материале; низкая температура воды, затрудняющая подводно-технические работы. Специфика ледостойких платформ также проявляется в компоновке верхнего строения, поскольку такие сооружения должны обладать большей автономностью, то есть допускать размещение достаточного количества запасов для ведения буровых и других работ в течение 3-6 месяцев, когда транспортные связи по воде невозможны. Длительные низкие температуры воздуха (до –46 °C), частые штормовые ветры зимой и снежные заряды летом вынуждают прибегать к защите всех рабочих площадок. От воздействия льда приходится защищать и водоотделяющие трубы, через которые ведется бурение скважин.

При проектировании ледостойких платформ применяется несколько основных приемов снижения воздействия льда на сооружение: уменьшение числа опорных элементов в районе ватерлинии или сужение конструкции, поддерживающей верхнее строение; устройство защитных кожухов вокруг опор для предотвращения их повреждения от истирающего действия льда; придание внешней поверхности опоры конической или иной формы, способствующей переходу ледового покрова от работы на сжатие к работе на изгиб.

Ледостойкие платформы со сквозным опорным блоком на свайном основании отличаются от обычных платформ отсутствием раскосов в районе ватерлинии и наличием ледозащитного кожуха на опорных колоннах, так как большое число колонн и слишком тесное расположение их в опорном блоке приводят к задержке битого льда и образованию тороса непосредственно под палубой.

Гравитационные ледостойкие платформы удерживаются на месте эксплуатации главным образом за счет собственной массы и балласта. Ледостойкие платформы этого типа при всем разнообразии конструктивных форм всегда имеют развитую опорную базу, обычно круглую в плане. Корпус платформы может быть железобетонным или металлическим. Опорные колонны выполняются цилиндрической либо конической формы. При этом на колоннах цилиндрической формы могут применяться подвижные (плавучие) конусные насадки, уменьшающие силовое воздействие льда на сооружение. Цилиндрическая форма опорной колонны удобна с точки зрения изготовления; снижает материалоемкость сооружения; имеет небольшую площадь, по которой возможно смерзание с ледяным покровом. С другой стороны, цилиндрическая форма преграды не способствует изгибу ледяного покрова, и разрушение льда происходит при достижении им по контакту с опорой предела прочности на сжатие. Коническая форма опоры приводит к снижению горизонтальной составляющей давления ледового поля на сооружение. Лед, наползая на опору, подвергается изгибу и разрушается при достижении предела прочности на растяжение на некотором удалении от опоры. Вертикальная составляющая давления льда на опору, когда она направлена вниз, повышает устойчивость сооружения от сдвига. Недостатком конической формы является возможность образования торосов и их смерзания при остановке ледового поля, что особенно вероятно на мелководье. Смерзание конической поверхности с ровным полем также опасно, поскольку оно происходит на существенно большей площади, чем в случае цилиндрической формы опоры, и в начале движения ледового поля может привести к сильному увеличению нагрузки на сооружение. Кроме того, коническая форма опоры осложняет производство работ, увеличивает затраты материалов, затрудняет подход судов, обслуживающих платформу.

Гравитационные ледостойкие платформы разрабатывают для эксплуатации на сравнительно небольших глубинах. Собственной массы платформы вместе с балластом не всегда хватает для обеспечения устойчивости сооружения от сдвига под напором льда. В таких случаях приходится прибегать к помощи свай, забиваемых в грунт по периметру основания платформы.

Таким образом, поскольку воздействие льда на гидротехнические сооружения характерно для большей части шельфовых месторождений, а для северных районов ледовые нагрузки являются определяющими, для обеспечения надежности морских сооружений при их эксплуатации в жестких условиях, в процессе проектирования требуется учитывать непосредственное воздействие ледовых нагрузок, разрабатывать соответствующие ледостойкие конструкции и применять хладостойкие стали.