У побережья Норвегии на дне северного моря одно из богатейших месторождений нефти и газа. Природе человеком был брошен вызов, построить в открытом море такое сооружение, которое могло бы выстоять против жестоких штормов и обеспечить устойчивость платформы служащей для добычи богатых запасов горючего с морского дна.
Сегодня мы поговорим об газодобывающей платформе Тролль. Это высочайшая бетонная морская платформа в мире. Попасть на платформу возможно только на вертолете, облачившись в спасательный костюм. Газовое месторождение Тролль расположено в 60 километрах от побережья Норвегии. Запасы природного газа образовались здесь 130 миллионов лет назад. Эти огромные запасы газа требовали сооружения некой постоянной конструкции, которая обладала бы достаточной прочностью, для ведения с нее добычи газа на протяжении более 50 лет.
Это - самая высокая постройка, которая когда-либо перемещалась, относительно поверхности Земли, и является одной из высочайших и наиболее сложных технических проектов в истории. Телевизионной сенсацией стал сюжет о буксировке платформы в Северное море в 1996 году.
Платформа Тролль буксировалась на расстояние более чем 200 км от Чанов, в северной части Rogaland, к области Тролль, в 80 км к северо-западу от Бергена. Буксировка заняла семь дней.
Добываемый газ проносится по трубопроводам платформы со скоростью до 2 000 миль в час (890 м\с). Подобная скорость обеспечивается двумя газовыми компрессорами в целях увеличения объемов производства.
В 1996 платформа установила Мировой рекорд (книги рекордов Guinness) в качестве ‘крупнейшей оффшорной газовой платформы’.
2006 году компания-владелец платформы устроила концерт для рабочих. Была приглашена певица Кейти Мелуой, которой пришлось проводить «Самый глубоководный конерт в истории». Глубина составила 303 метра под уровнем моря.
Из моря выступают четыре циклопические бетонные опоры. Буровая палуба и вся надстройка платформы покоится на четырех массивных бетонных опорах, которые уходят вниз, до морского дна на глубину 300 метров. Основание платформы выполнено из 19-ти сборных бетонных блоков изготовленных на суше. Основание отбуксировали на канатах и затопили в глубоком фьорде, где к ним присоединили четыре высокие опоры. Полная высота каждой опоры 369 метров, превышает высоту Эйфелевой башни. Кстати, в каждой из них есть лифт, подъем которого наверх занимает 9 минут. Стенки цилиндрических ног имеют толщину более 1 метра.
Затем уже всю конструкцию погрузили во фьорде на еще большую глубину, и над конструкцией используя баржи, расположили платформу. Потом из конструкции откачали балластную воду и позволили ей подвсплыть на несколько сантиметров и состыковаться с платформой. Затем всю новую завершенную конструкцию подняли на поверхность и подготовили к путешествию к месторождению Тролль. Платформу отбуксировали в открытое море, и она стала самым крупным сооружением, которое за всю историю человечества, когда-либо перемещали с места на место.
Находясь на вертолетной площадке, на высоте 76 метров над уровнем моря, легко забываешь, что большая часть конструкции находится под водой. Это немного напоминает айсберг. Высота вертолетной площадки в точности совпадает с высотой знаменитого небоскреба Эмпайр-стейт-билдинг.
Подобная морская платформа является настоящим химическим заводом, и поскольку это промышленное предприятие, здесь не обойтись без комплекта защитной одежды. В низу завод по добыче газа, а чуть дальше завод по его переработки, по середине буровая вышка. На этой новой платформе еще неоткрыты все производственные скважины, в конечном итоге их будет 39. Преодолев расстояние до морского дна, буры погружаются в него на глубину полутора километров. Скважины расположены в радиусе полукилометра вокруг платформы.
Бурильные стволы весят как одежда в гардеробе и всегда готовы к использованию. В среднем для бурения каждой скважины требуется месяц. Однако в первую очередь нас интересует ни это, а что делает всю конструкцию устойчивой.
Путешествие на морское дно можно совершить на лифте, который ходит внутри одной из гигантских опор. Когда вас со всех сторон окружает море, появляется чувство, что вы на другой планете. На суши мы тоже видим высокие здания, гигантские тоннели и другие циклопические сооружения, но в окружении моря масштаб этого достижения инженерной мысли воспринимается как действительно экстраординарный. Является ощущение, что ни на одной планете нет такого места, куда бы не мог проникнуть человек.
Давление толщи морской воды за стеной в 30 раз превосходит давление внутри конструкции у морского дна и казалось бы должно раздавить опору. Причина, по которой этого не происходит в сочетании прочности тяжелого железобетона и цилиндрической формы опоры. Такая форма лучшим образом подходит для сопротивления давлению подобного рода. Именно по этому такую же форму имеет корпус подлодки и фюзеляж самолета.
У самого основания платформы трубопроводы огибают угол и, проходя по морскому дну, доставляют газ в Норвегию за 60 километров от этого места. А внизу бетонный пол, а под ним морской ил, платформа глубоко уходит в морское дно. Это напоминает перевернутые кофейные чашки, всего их девятнадцать, каждая глубоко вдавлена в морской ил. Представьте себе опрокинутую кружку, вдавленную в грязь, когда вы будите стараться извлечь ее от туда, то сила всасывания будет прочно удерживать чашку на месте. таков принцип фиксации основания конструкции.
Внизу на уровне морского дна основная задача справится с давлением водной толщи, а наверху близко к вершине, с ветром и волнами, которые обрушиваются на платформу. При шторме волны могут достигать палубы расположенной на высоте 30 метров над морем. Но эта палуба достаточно велика, чтобы не затопляться волнами, и надежно прикреплена к четырем опорам. Они в свою очередь достаточно прочны, чтобы каждый год выдерживать удары 5 миллионов волн.
Именно такие сооружения, как гигантская платформа Тролль и прогресс инженерной мысли, который стоит за всем этим, дают уверенность, мы можем жить и работать в любой точке моря, при любых условиях. Речь сейчас идет не столько о том, как человеку укрыться от моря, но как сосуществовать с ним на побережье и в открытых водах.
Морская добыча нефти, наряду с освоением сланцевых и трудноизвлекаемых углеводородных запасов, со временем вытеснит освоение традиционных месторождений «чёрного золота» на суше в силу истощения последних. В то же время, получение сырья на морских участках осуществляется преимущественно с применением дорогих и трудоёмких методов, при этом задействуются сложнейшие технические комплексы - нефтяные платформы
Специфика добычи нефти в море
Сокращение запасов традиционных нефтяных месторождений на суше заставило ведущие компании отрасли бросить свои силы на разработку богатых морских блоков. Пронедра писали ранее, что толчок к развитию данного сегмента добычи был дан в семидесятые годы, после того, как страны OPEC ввели нефтяное эмбарго.
По согласованным оценкам специалистов, предполагаемые геологические нефтяные запасы, располагающиеся в осадочных слоях морей и океанов, достигают 70% от совокупных мировых объёмов и могут составить сотни миллиардов тонн. Из этого объёма порядка 60% приходятся на шельфовые участки.
К настоящему времени из четырёх сотен нефтегазоносных бассейнов мира половина охватывает не только континенты на суше, но и простирается на шельфе. Сейчас разрабатываются порядка 350 месторождений в разных зонах Мирового океана. Все они размещаются в пределах шельфовых районов, а добыча производится, как правило, на глубине до 200 метров.
На актуальном этапе развития технологий добыча нефти на морских участках сопряжена с большими затратами и техническими сложностями, а также с рядом внешних неблагоприятных факторов. Препятствиями для эффективной работы на море зачастую служат высокий показатель сейсмичности, айсберги, ледовые поля, цунами, ураганы и смерчи, мерзлота, сильные течения и большие глубины.
Бурному развитию нефтедобычи на море также препятствует дороговизна оборудования и работ по обустройству месторождений. Размер эксплуатационных расходов увеличивается по мере наращивания глубины добычи, твёрдости и толщины породы, а также удалённости промысла от побережья и усложнения рельефа дна между зоной извлечения и берегом, где прокладываются трубопроводы. Серьёзные затраты связаны и с выполнением мероприятий по предотвращению утечек нефти.
Стоимость одной только буровой платформы, предназначенной для работы на глубинах до 45 метров, составляет $2 млн. Техника, которая рассчитана на глубину до 320 метров, может стоить уже $30 млн. В среднем устройство среднего эксплуатационного основания для добычи на большой глубине в Мексиканском заливе обходится в $113 млн.
Отгрузка добытой нефти на танкер
Эксплуатация буровой платформы передвижного типа на пятнадцатиметровой глубине оценивается в $16 тыс. в сутки, 40 метров - $21 тыс., самоходной платформы при использовании на глубинах 30–180 метров - в $1,5–7 млн. Затратность разработки месторождений в море делают их рентабельными лишь в случаях, когда речь идёт о крупных запасах нефти.
Следует учитывать и то, что расходы на добычу нефти в разных регионах будут различными. Работы, связанные с открытием месторождения в Персидском заливе, оцениваются в $4 млн, в морях Индонезии - $5 млн, а в Северном море расценки вырастают до $11 млн. Дорого обойдётся оператору и лицензия на разработку морского месторождения - заплатить придётся в два раза больше, чем за разрешение на освоение сухопутного участка.
Типы и устройство нефтяных платформ
При добыче нефти из месторождений Мирового океана компании-операторы, как правило, используют специальные морские платформы. Последние представляют собой инженерные комплексы, с помощью которых осуществляется как бурение, так и непосредственно извлечение углеводородного сырья из-под морского дна. Первая нефтяная платформа, которая использовалась в прибрежных водах, была запущена в американском штате Луизиана в 1938 году. Первая же в мире непосредственно морская платформа под названием «Нефтяные Камни» была введена в эксплуатацию в 1949 году на азербайджанском Каспии.
Основные виды платформ:
- стационарные;
- свободно закреплённые;
- полупогружные (разведочные, буровые и добывающие);
- самоподъёмные буровые;
- с растянутыми опорами;
- плавучие нефтехранилища.
Плавучая буровая установка с выдвижными опорами «Арктическая»
Разные типы платформ могут встречаться как в чистом, так и в комбинированном видах. Выбор того или иного типа платформы связан с конкретными задачами и условиями освоения месторождений. Использование разных видов платформ в процессе применения основных технологий морской добычи мы рассмотрим ниже.
Конструктивно нефтяная платформа состоит из четырёх элементов - корпуса, системы якорей, палубы и буровой вышки. Корпус - это понтон треугольной или четырёхугольной формы, установленный на шести колоннах. Сооружение удерживается на плаву за счёт того, что понтон наполняется воздухом. На палубе размещаются бурильные трубы, подъёмные краны и вертолётная площадка. Непосредственно вышка опускает бур к морскому дну и поднимает его по мере необходимости.
1 - буровая вышка; 2 - вертолётная площадка; 3 - якорная система; 4 - корпус; 5 - палуба
Комплекс удерживается на месте якорной системой, включающей девять лебёдок по бортам платформы и стальные тросы. Вес каждого якоря достигает 13 тонн. Современные платформы стабилизируются в заданной точке не только при помощи якорей и свай, но и передовых технологий, включая системы позиционирования. Платформа может быть заякоренной в одном и том же месте несколько лет, вне зависимости от погодных условий в море.
Бур, работа которого контролируется при помощи подводных роботов, собирается по секциям. Длина одной секции, состоящей из стальных труб, составляет 28 метров. Выпускаются буры с достаточно широкими возможностями. К примеру, бур платформы EVA-4000 может включает до трёх сотен секций, что даёт возможность углубиться на 9,5 километра.
Буровая нефтяной платформы
Строительство буровых платформ осуществляется путём доставки в зону добычи и затопления основания конструкции. Уже на полученном «фундаменте» и надстраиваются остальные компоненты. Первые нефтяные платформы создавались путём сварки из профилей и труб решетчатых башен в форме усечённой пирамиды, которые намертво прибивались к морскому дну сваями. На такие конструкции и устанавливалось буровое оборудование.
Строительство нефтяной платформы «Тролль»
Необходимость разработки месторождений в северных широтах, где требуется ледостойкость платформ, привела к тому, что инженеры пришли к проекту строительства кессонных оснований, которые фактические представляли собой искусственные острова. Кессон заполняется балластом, обычно - песком. Своим весом основание прижимается к дну моря.
Стационарная платформа «Приразломная» с кессонным основанием
Постепенное увеличение размеров платформ привело к необходимости пересмотра их конструкции, потому разработчики из Kerr-McGee (США) создали проект плавучего объекта с формой навигационной вехи. Конструкция представляет собой цилиндр, в нижней части которого размещается балласт. Днище цилиндра прикрепляется к донным анкерам. Такое решение позволило строить относительно надёжные платформы поистине циклопических размеров, предназначенные для работ на сверхбольших глубинах.
Плавучая полупогружная буровая установка «Полярная звезда»
Впрочем, следует отметить, что большого отличия непосредственно в процедурах извлечения и отгрузки нефти между морскими и сухопутными буровыми нет. К примеру, основные компоненты платформы стационарного типа на море идентичны элементам буровой вышки на суше.
Морские буровые характеризуются в первую очередь автономностью работы. Для достижения такого качества установки оснащаются мощными электрогенераторами и опреснителями воды. Пополнение запасов платформ осуществляется при помощи судов обслуживания. Кроме того, морской транспорт задействуется и с целью перемещения конструкций к точкам работы, в спасательных и противопожарных мероприятиях. Естественно, транспортировка полученного сырья производится при помощи трубопроводов, танкеров или плавающих хранилищ.
Технология морской добычи
На современном этапе развития отрасли при небольших расстояниях от места добычи до побережья бурятся наклонные скважины. При этом иногда применяется передовая разработка - управление дистанционного типа процессами бурения горизонтальной скважины, что обеспечивает высокую точность контроля и позволяет отдавать команды буровому оборудованию на расстоянии в несколько километров.
Глубины на морской границе шельфа как правило составляют порядка двухсот метров, однако иногда доходят до полукилометра. В зависимости от глубин и удалённости от побережья при бурении и извлечении нефти применяются разные технологии. На мелководных участках сооружаются укреплённые основания, своеобразные искусственные острова. Они и служат основой для установки бурильного оборудования. В ряде случае компании-операторы окантовывают дамбами участок работы, после чего из полученного котлована откачивается вода.
Если расстояние до берега составляет сотни километров, то в этом случае принимается решение о строительстве нефтяной платформы. Стационарные платформы, наиболее простые в конструкции, возможно использовать только на глубинах в несколько десятков метров, мелководье вполне позволяет закрепить конструкцию с помощью бетонных блоков или свай.
Стационарная платформа ЛСП-1
При глубинах порядка 80 метров применяются плавучие платформы с опорами. Компании на более глубоких участках (до 200 метров), где закрепление платформы проблематично, применяют полупогружные буровые установки. Удержание таких комплексов на месте осуществляется при помощи системы позиционирования, состоящей из подводных двигательных систем и якорей. Если речь идёт о сверхбольших глубинах, то в этом случае задействуются буровые суда.
Буровое судно Maersk Valiant
Скважины обустраиваются как одиночным, так и кустовым методами. В последнее время начали использоваться передвижные основания для бурения. Непосредственно бурение в море производится с использованием райзеров - колонн из труб большого диаметра, которые опускаются до дна. После завершения бурения на дне устанавливаются многотонный превентор (противовыбросная система) и устьевая арматура, что позволяет избежать утечки нефти из новой скважины. Также запускается оборудование для контроля состояния скважины. Закачивание нефти на поверхность после начала добычи осуществляется по гибким трубопроводам.
Применение разных систем добычи в море: 1 - наклонные скважины; 2 - стационарные платформы; 3 - плавучие платформы с опорами; 4 - полупогружные платформы; 5 - буровые суда
Сложность и высокотехнологичность процессов освоения морских участков очевидна, даже если не вдаваться в технические детали. Целесообразно ли развитие данного сегмента добычи, учитывая немалые сопутствующие сложности? Ответ однозначен - да. Несмотря на препятствия в освоении морских блоков и большие расходы в сравнении с работой на суше, всё же нефть, добытая в водах Мирового океана, востребована в условиях непрекращающегося превышения спроса над предложением.
Напомним, Россия и азиатские страны планируют активно наращивать мощности, задействованные в морской добыче. Такую позицию можно смело считать практичной - по мере истощения запасов «чёрного золота» на суше, работа на море станет одним из основных способов получения нефтяного сырья. Даже принимая во внимание технологические проблемы, затратность и трудоёмкость добычи на море, нефть, извлечённая таким образом, не только стала конкурентоспособной, но уже давно и прочно заняла свою нишу на отраслевом рынке.
С целью разведки или эксплуатации минеральных ресурсов под дном моря.
Буровые платформы в основном несамоходные, допустимая скорость их буксировки 4-6 узлов (при волнении моря до 3 баллов, ветра 4-5 баллов). В рабочем положении на точке бурения буровые платформы выдерживают совместное действие волнения при высоте волн до 15 м и ветра со скоростью до 45 м/с. Эксплуатационная масса плавучих буровых платформ (с технологическими запасами 1700-3000 т) достигает 11 000-18 000 т, автономность работы по судовым и технологическим запасам 30-90 суток. Мощность энергетических установок буровой платформы 4-12 МВт. В зависимости от конструкции и назначения различают самоподъёмные, полупогружные, погружные, стационарные буровые платформы и буровые суда. Наиболее распространены самоподъёмные (47% от общего числа, 1981) и полупогружные (33%) буровые платформы.
Самоподъёмные (рис. 1) плавучие буровые платформы используют для бурения главным образом при глубине моря 30-106 м. Они представляют собой водоизмещающий трёх- или четырёхопорный понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря с помощью подъёмно-стопорных механизмов на высоту 9-15 м. При буксировке понтон с поднятыми опорами находится на плаву; в точке бурения опоры опускаются. В современных самоподъёмных плавучих буровых платформах скорость подъёма (спуска) понтона составляет 0,005-0,08 м/с, опор — 0,007-0,01 м/с; суммарная грузоподъёмность механизмов до 10 тысяч т. По способу подъёма различают подъёмники шагающего действия (в основном пневматические и гидравлические) и непрерывного действия (электромеханические). Конструкция опор обеспечивает возможность постановки буровых платформ на грунт с несущей способностью не менее 1400 кПа при максимальном заглублении их в грунт до 15 м. Опоры имеют квадратную, призматическую и сферическую форму, по всей длине оборудуются зубчатой рейкой и заканчиваются башмаком.
Плавучие буровые платформы полупогружного типа используют для бурения в основном при глубине моря 100-300 м и представляют собой понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря (на высоте до 15 м) с помощью 4 и более стабилизирующих колонн, которые опираются на подводные корпуса (2 и более). Буровые платформы транспортируют к точке бурения на нижних корпусах при осадке 4-6 м. Плавучая буровая платформа погружается на 18-20 м путём приёма водяного балласта в нижний корпус. Для удержания полупогружных буровых платформ используется восьмиточечная якорная система, обеспечивающая ограничение перемещения установки от устья скважины не более 4% от глубины моря.
Погружные буровые платформы применяют для бурения разведочных или эксплуатационных скважин на и на глубине моря до 30 м. Они представляют собой понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря с помощью колонн квадратной или цилиндрической формы, нижние концы которых опираются на водоизмещающий понтон или башмак, где расположены балластные цистерны. Погружная плавучая буровая платформа встаёт на грунт (с несущей способностью не менее 600 кПа) в результате заполнения водой балластных цистерн водоизмещающего понтона.
Стационарные морские буровые платформы используют для бурения и эксплуатации куста скважин на нефть и газ при глубине моря до 320 м. С одной платформы бурят до 60 наклонно направленных скважин. Стационарные буровые платформы представляют собой конструкцию в виде призмы или четырёхгранной пирамиды, возвышающейся над уровнем моря (на 16-25 м) и опирающейся на дно с помощью забитых в дно свай (каркасные буровые платформы) или фундаментных башмаков (гравитационное буровые платформы). Надводная часть состоит из площадки, на которой размещено энергетическое, буровое и технологическое оборудование, жилой блок с вертолётной площадкой и другое оборудование общей массой до 15 тысяч т. Опорный блок каркасных буровых платформ выполняют в виде трубчатой металлической решётки, состоящей из 4-12 колонн диаметром 1-2,4 м. Закрепляют блок посредством забивных или бурозаливных свай. Гравитационные платформы изготавливаются целиком из железобетона либо комбинированными (опоры из металла, башмаки из железобетона) и удерживаются за счёт массы сооружения. Основания гравитационной буровой платформы состоят из 1-4 колонн диаметром 5-10 м.
Стационарные буровые платформы предназначены для длительной (не менее 25 лет) работы в открытом море, и к ним предъявляются высокие требования по обеспечению пребываний обслуживающего персонала, повышенной пожаро- и взрывобезопасности, защите от коррозии, мероприятиям по охране окружающей среды (см. Морское бурение) и др. Отличительная особенность стационарных буровых платформ — постоянная динамичность, т.е. для каждого месторождения разрабатывается свой проект комплектации платформ энергетическим, буровым и эксплуатационным оборудованием, при этом конструкцию платформы определяют условия в районе бурения, глубина бурения, и число скважин, количество станков для бурения.
БУРОВАЯ ПЛАТФОРМА, гидротехническое сооружение для бурения скважин при разработке морских месторождений нефти и газа. В зависимости от конструкции и назначения различают морские стационарные платформы (для эксплуатационного бурения) и плавучие буровые установки (для поисково-разведочного бурения).
Морские стационарные платформы, в основном трёхъярусные, используют при глубинах до 350 м для одновременного бурения, добычи и подготовки пластовой продукции к транспортировке. Платформы, предназначенные только для бурения нефтяных или газовых скважин, изготавливают в одноярусном исполнении. С палубы буровой платформы, находящейся на недосягаемой для волн высоте, одним или двумя буровыми станками может осуществляться строительство нескольких десятков вертикальных, наклонно направленных, горизонтальных и разветвлённых (многозабойных) скважин. Стационарные буровые платформы закрепляются на морском дне следующими способами: свайным (забивка в морское дно свай, жёстко скреплённых с опорным блоком буровой платформы); гравитационным (удерживаются на дне за счёт массы сооружения, при этом опорный блок заполняется грунтом или водой для надёжного оседания на морское дно); комбинированным, или свайно-гравитационным (затапливаемый опорный массив, располагаемый на дне, дополнительно закрепляется сваями по всему периметру); с помощью якорных цепей или натяжных тросов (если опорный блок буровой платформы выполнен из понтонов, погружённых в воду полностью или частично). Опорный блок буровой платформы выполняют стальным (преимущественно трубчатым), железобетонным или же комбинированным (железобетонная гравитационная нижняя часть, верхняя - стальная решётчатая конструкция). Надводная часть буровой платформы включает основные комплексы: буровой, эксплуатационный, энергетический, жилой и жизнеобеспечения. В акваториях арктических морей используют буровые платформы в ледостойком исполнении с опорами в форме цилиндра, призмы или конуса для снижения ледовой нагрузки.
Плавучие буровые установки подразделяют на погружные (ПБУ), самоподъёмные (СПБУ), полупогружные (ППБУ) и буровые суда (БС).
ПБУ предназначены для бурения скважин на мелководье в диапазоне глубин от 2 до 20 м (некоторые до 50 м). Все ПБУ имеют подводный корпус (затопляемый понтон), на который опираются опорные колонны. Для подъёма ПБУ со дна используется система размыва грунта под днищем для уменьшения сил присоса.
С СПБУ ведётся разведочное бурение на глубинах от 5 до 150 м. СПБУ состоит из водоизмещающего корпуса (понтона), опорных колонн (от 3 до 6), подъёмных механизмов и буровой вышки. В корпусе имеются помещения различного назначения - для размещения оборудования, складские, жилые каюты. При транспортировке СПБУ опорные колонны максимально выдвинуты вверх. На точке бурения колонны опускаются на грунт, корпус с помощью гидравлического или электромеханического подъёмника поднимается из воды, а нижняя часть колонн, оборудованная специальными башмаками, вдавливается в грунт.
ППБУ и БС используются при глубинах моря 150-1500 м. Устойчивость ППБУ обеспечивается формой корпуса понтона, расстоянием между понтонами, а также числом и диаметром опорных колонн, на которых установлена надводная часть. ППБУ и БС фиксируются на точке бурения с помощью якорных систем или путём обеспечения динамического позиционирования, осуществляемого специальными движителями, встроенными в корпус погружённого в воду понтона. БС, в отличие от других типов плавучих буровых установок, сохраняют высокие мореходные качества, свойственные обычным судам.
Лит.: Вяхирев Р. И., Никитин Б. А., Мирзоев Д. И. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. М., 2001.
Освоение морских месторождений нефти и газа потребовало создания уникальных сооружений — морских стационарных платформ. Зафиксироваться на одной точке посередине открытого моря — это очень сложная задача. И за последние десятилетия разработаны интереснейшие решения, без преувеличения примеры инженерного гения.История выхода нефтяников в море началась в Баку, на Каспийском море, и близ Санта-Барбары, штат Калифорния, на Тихом океане. Как российские, так и американские нефтяники пытались строить своего рода пирсы, которые уходили в море на несколько сот метров, чтобы начать бурение уже открытых на суше месторождений. Но настоящий прорыв произошел в конце 1940-х годов, когда опять же близ Баку и теперь уже в Мексиканском заливе начались работы в открытом море. Американцы гордятся достижением компании Kerr-McGee, которая в 1947 году пробурила первую промышленную скважину «вне видимости суши», то есть на расстоянии примерно 17 км от берега. Глубина моря была маленькая — всего 6 метров.
Однако знаменитая Книга рекордов Гиннесса первой в мире нефтедобывающей платформой считает знаменитые «Нефтяные камни» (Neft Daslari — азерб.) близ Баку. Сейчас это грандиозный комплекс платформ, который продолжает функционировать с 1949 года. Он состоит из 200 отдельных платформ и оснований и является настоящим городом в открытом море.
В 1950-е годы шло строительство морских платформ, основание которых представляли собой решетчатые башни, сваренные из металлических труб или профилей. Такие конструкции буквально прибивались к морскому дну специальными сваями, что обеспечивало им устойчивость при волнении. Сами конструкции были достаточно «прозрачны» для проходящих волн. Форма такого основания напоминает усеченную пирамиду, в донной части поперечник такой конструкции может быть вдвое шире, чем в верхней, на которой и устанавливается сама буровая платформа.
Существует множество конструкций подобных платформ. Собственные разработки, созданные на основе опыта эксплуатации «Нефтяных камней», были в СССР. Например, в 1976 году была установлена платформа «Имени 28 апреля» на глубине 84 метров. Но все же самой знаменитой платформой такого типа является Cognac в Мексиканском заливе, установленная для компании Shell в 1977 году на глубине 312 метров. Долгое время это был мировой рекорд. Разработка подобных платформ для глубин 300-400 метров ведется и поныне, однако подобные конструкции не могут сопротивляться ледовым атакам, и для решения данной проблемы были созданы специальные ледостойкие конструкции.
В 1967 году на арктическом шельфе Аляски было открыто крупнейшее американское месторождение Прудо-Бей. Потребовалось разработать стационарные платформы, которые бы выдержали ледовую нагрузку. Уже на ранних этапах появились две базовые идеи — создания больших кессонных платформ, а по сути своеобразных искусственных островов, которые бы выдерживали навал льда, либо же платформ на сравнительно тонких ногах, которые бы пропускали лед, разрезая этими ногами его поля. Таким примером является платформа Dolly Varden, прибитая к морскому дну через свои четыре стальные ноги, диаметр каждой из которых чуть больше 5 метров, при том, что расстояние между центрами опор — почти 25 метров. Сваи, которыми крепится платформа, уходят в грунт на глубину около 50 метров.
Примерами кессонной ледостойкой платформы являются платформы «Приразломная» в Печерском море и Molikpaq, она же «Пильтун-Астохская-А» на шельфе острова Сахалин. «Моликпак» разработан и построен для работы в море Бофорта, а в 1998 году она прошла реконструкцию и приступила к работе уже на новом месте. «Моликпак» представляет собой кессон, заполненный песком, который служит балластом, прижимающим дно платформы к поверхности морского дна. По сути дела дно «Моликпака» — огромная присоска, состоящая из нескольких секций. Эта технология была с успехом развита норвежскими инженерами в процессе освоения глубоководных месторождений Северного моря.
Североморская эпопея началась еще в ранние 70-е, однако поначалу нефтяники вполне обходились без экзотических решений — они строили проверенные платформы из трубчатых ферм. Новые решения потребовались при движении на большие глубины. Апофеозом строительства бетонных платформ стала башня Troll A, установленная на глубине 303 метров. Основание платформы представляет собой комплекс железобетонных кессонов, которые присасываются к морскому дну. Из основания растут четыре ноги, которые и поддерживают саму платформу. Общая высота этого сооружения — 472 метра, и это самое высокое сооружение, которое когда-либо перемещали в горизонтальной плоскости. Секрет тут еще в том, что такая платформа передвигается без барж, — ее надо только буксировать.
Определенным аналогом «Тролля» является ледостойкая платформа «Луньская-2», установленная в 2006 году на сахалинском шельфе. Несмотря на то, что глубина моря там всего около 50 метров, она, в отличие от «Тролля», должна сопротивляться ледовым нагрузкам. Разработка платформы и ее строительство велось норвежскими, российскими и финскими специалистами. Ее «сестрой» является однотипная платформа «Беркут», которая установлена на Пильтун-Астохском месторождении. Ее технологический комплекс, построенный компанией Samsung, является крупнейшим в мире сооружением такого рода.
80-е и 90-е годы ХХ века ознаменовались появлением новых конструктивных идей для освоения глубоководных месторождений нефти. При этом формально нефтяники, пересекая 200-метровую глубину, вышли за пределы шельфа и стали спускаться глубже по материковому склону. Циклопические конструкции, которые должны были стоять на морском дне, приближаются к пределу возможного. И новое решение предложили вновь в компании Kerr-McGee — построить плавучую платформу в форме навигационной вехи.
Идея до гениальности проста. Строится цилиндр большого диаметра, герметичный и очень длинный. В нижней части цилиндра размещается груз из материала, который имеет удельный вес больше, чем у воды, — например, песок. В результате получается поплавок с центром тяжести далеко ниже уровня воды. За свою нижнюю часть платформа типа Spar крепится тросами к донным анкерам — специальным якорям, которые ввинчены в морское дно. Первая платформа такого типа под названием Neptune была построена в Мексиканском заливе в 1996 году на глубине 590 метров. Длина конструкции более 230 метров при диаметре 22 метра. На сегодняшний день самой глубоководной платформой такого типа является установка Perdido, работающая на компанию Shell, в Мексиканском заливе на глубине 2450 метров.
Освоение морских месторождений требует все новых и новых разработок и технологий не только в собственно строительстве платформ, но и по части обслуживающей их инфраструктуры — такой как трубопроводы, например, которые должны обладать особенными свойствами для работы в морских условиях. Этот процесс идет во всех развитых странах, которые занимаются выпуском соответствующей продукции. В России, например, уральские трубники из ЧТПЗ активно развивают производство трубной продукции, специально ориентированной для эксплуатации на шельфе и в сложных условиях Арктики. В начале марта были представлены новые разработки — такие, как трубы большого диаметра для райзеров (водоотделяющих колонн, связывающих платформу с подводным оборудованием) и прочих конструкций, требующих стойкости в условиях Арктики. Работы ускоряет необходимость в импортозамещении — от российских компаний поступает все больше запросов на обсадные трубы и прочее оборудование для обустройства скважин под водой. Технологии не стоят на месте, а значит, и появляются возможности для освоения новых перспективных месторождений.