книги / Освоение малых морских месторождений

В условиях Северного моря это означает, что период колебаний должен быть либо меньше 5 с, либо больше 20 с. Регуляцией жесткости райзера при изгибе и добавлением универсальных шарниров для уменьшения длины секций райзера можно добить­ ся расширения области применения системы SALM с глубины 35 м до глубины свыше 500 м. Тем не менее, при отсутствии спе­ циальных водолазных систем или систем дистанционного управ­ ления область применения SALM на практике ограничивается глубиной 210 м. Вышеупомянутые подводные системы предназ­ начаются для инспекции и обслуживания, причем потребность в таких работах здесь меньше, чем на системе CALM,

Погружные шланги находятся гораздо ниже уровня наиболь­ шей волновой активности и глубины осадки танкеров и рабочих катеров. Недостаток системы заключается в подводном располо­ жении вертлюга и распределительных клапанов. В некоторых вариантах системы SALM вертлюг можно устанавливать в сухом отсеке на буе. Доступ на буй возможен только с рабочего катера, для чего требуется относительно спокойное состояние моря, когда характерная высота волны не превышает 2,5 м. Системы SALM действительно требуют меньше ремонта и замены своих компо­ нентов, таких как, например, швартовы, но вследствие увеличения объема инженерных работ и большого содержания стальных эле­ ментов в конструкции они стоят в зависимости от глубины моря в 3—5 раз дороже, чем системы CALM.

месторождение было самым северным из всех подлежавших освое­ нию. Кроме того, оно было самым незащищенным и самым «глубоководным» (глубина моря 160 м). Установка системы SALM была предназначена для отбора нефти до ввода в действие подводного трубопровода до Саллом ВО на Шетландских остро­ вах. На месторождении была установлена стальная емкость для хранения нефти вместимостью 11,1 тыс. to3, т, е. 40 % ежесуточной добычи. Этой емкости было достаточно для обеспечения непрерыв­ ного отбора нефти в период между швартовками танкеров. Для транспорта нефти были привлечены три челночных танкера, кото­ рые разгружались на различных европейских терминалах. Пос­ кольку было ясно, что для обеспечения высокой продуктивности необходимо улучшить технику эксплуатации и обслуживания системы отгрузки, в конструкцию SALM были включены соот­ ветствующие узлы и приспособления. Компания «Exxon Research and Engineering» осуществила разработку системы SALM в це­ лом, а компания SBM, получив от «Еххоп» лицензию, выпол­ нила детальное проектирование.

Танкерная транспортировка сырой нефти началась в апреле

102

Рис. 37, График использования системы SALM на месторождении Тистл (1978 г ):

t — период отгрузки нефти. %\ 2 — время простоев системы SALM. %

SALM осуществляет подстраховочную функцию на случай вы­ хода из строя трубопровода. На рис. 3.7 представлена информа­ ция по использованию системы SALM в течение этих месяцев, коэффициент использования составил в среднем 70%, В про­ цессе эксплуатации не возникли серьезные проблемы* Тем не менее, новая компания-оператор «BritoiU предложила ряд усо­ вершенствований* Так, предполагается заменить водоотливные насосы с целью повышения надежности, а также использовать вместо имеющихся батарей подзаряжающиеся, с тем чтобы сократить время, необходимое для их обслуживания. Навигацион­ ную мачту планируется установить в центре буя, чтобы избе­ жать повреждений со стороны танкеров.

ШАРНИРНО ЗАКРЕПЛЕННАЯ НА ДНЕ КОЛОННА ДЛЯ ОТГРУЗКИ НЕФТИ (ALC)

Шарнирно закрепленную на дне колонну для отгрузки нефти

называют также шарнирно закрепленной на дне башней (ALT)* или платформой (ALP)**.

*ALT — Articulated Loading Tower

**ALP — Articulated Loading Platform

103

9.

а

Рис. 3.9. Верхняя (а) и нижняя {Ь) части шарнирно закрепленной на дне колонны

ALC, установленной на месторождении Фулмар:

/нгрхння часть «плоя к ы диаметром М .5 м; 2 — ось буй; 3. 5* t2 -- р о т коим ft лолшппкик: 4 -- *тулк<*

ИЙ

Область применения

Так же, как в случае с системой SALM, при использовании шарнирно закрепленной на дне колонны ALC следует избегать резонансной частоты колебаний конструкции в диапазоне частот волн. Поэтому периоды колебаний должны быть больше 20 с. Главным образом, колонна должна выдерживать нагрузки от швартовки без чрезмерного наклона, при котором могло бы произойти затопление отсеков с оборудованием. Выполнение этого требования достигается за счет максимального уменьше­ ния размеров челночного танкера и массы оборудования, установ­ ленного на колонне ALC. Типичная масса оборудования для глубины около 150 м составляет примерно 500 т. Если массу уменьшить, то колонну ALC, вероятно, можно будет использовать на глубине до 210 м. Этот предел определяется существующими методами строительства и размерами завода. По мере увеличения глубины изгибающий момент в колонне возрастает, что влечет за собой необходимость увеличения поперечного сечения колонны. При увеличении поперечного сечения колонны конструкция стано­ вится очень тяжелой, а это, в свою очередь, ведет к дальнейшему возрастанию изгибающего момента.

На глубине менее 107 м становится трудным найти золотую середину между низкой частотой собственных колебаний кон­ струкции и умеренным наклоном колонны при швартовке челноч­ ных танкеров. Глубина 90 м считается вероятным нижним пре­ делом.

Вследствие своей большой массы и наличия массивного, уни­ версального шарнира стальная колонна ALC примерно в 13 раз дороже соответствующей системы CALM. Эта оценка основана на сравнении суммарной стоимости установленной системы CALM и прогнозной стоимости системы ALC по аналогии с конструк­ циями подобного уровня сложности. Колонна ALC из предналряженного бетона оценивается примерно в 80 % стоимости эквива­ лентной стальной колонны ALC.

Месторождение Фулмар

Месторождение Фулмар было открыто в 1975 г. и характе­ ризовалось наличием относительно больших извлекаемых запа­ сов нефти. При планировании разработки этого месторождения компании «Shell» и «Esso» рассмотрели несколько вариантов. Строительство нового трубопровода было признано дорогостоя­ щим, а подсоединение к существующему трубопроводу оказа­ лось невозможным из-за недостаточной пропускной способности последнего. Поэтому решено было остановиться на использо-

шнлиик; / — ось вертлюга- 13 — жил костный вертлюг: И — свайное основание: 15 — жидкостные

вертлюги на линиях приема продукции; 16 — универсальный шарнир; 17 - колонна диаметром 8 х; /8 — проду кто провод диаметром 406,4 мм; /У — подводные клапаны. 20 —. выкидные линии диаметром 406,4 мм

106

Рис. 3.10. Система отгрузки нефти на месторождении Фулмар:

водоизмещением 213 тыс. т, длиной 325 м, оиестимостью 220 тис. н* {добыча аа Я су т); 5 — вертолетная гглшиадка; б — челночный танкер водоизмещением до 100 тыс. т

вании челночных танкеров. Для обеспечения непрерывности процесса отбора нефти потребовалось плавучее средство для ее хранения (FSU)1. В качестве такого средства решено было использовать стационарно пришвартованный танкер» соединенный с выносным точечным причалом посредством жесткого шарнир­ ного швартовного захвата {рис. ЗЛО). Выбор типа выносного то­ чечногЬ причала был сделан после сравнительного изучения системы SALS (см. рис. 3.1) и системы SALM, которая по су­ ществу представляет собой колонну ALC, поскольку имеет только один универсальный шарнир в райзере или байте. Несмотря на то, что стоимость этих двух систем для данного случая была практически одинаковая, тем не менее была выбрана колонна ALC. К обустройству этого месторождения проявлялся большой инте­ рес, поскольку впервые в условиях Северного моря предусматривалась стационарная швартовка супертанкера, и передаваемые усилия в 3 раза превышали наблюдавшиеся ранее. Башня проектировалась с учетом требований, изложенных в документе компании «Det Norske Veritas» «Правила проектирования, строительства и инспекции стационарных морских конструкций» (1977 г.), а другие элементы конструкции — с учетом требований ASIC, изложенных в документе «Технические требования к про­ ектированию стальных конструкций». На рис. 3.9 детально показан универсальный шарнир. Этот элемент конструкции рассчитан на растягивающую нагрузку более 30 000 кН. На рисун­ ке также показаны две выкидные линии диаметром 406 мм, подводные клапаны и вертлюг, центральное пространство которого позволяет проводить продуктопровод через универсальный шарнир без использования гибких шлангов. Хотя основная конструкция рассчитана на 20-летний срок эксплуатации, некоторые'элементы, такие как, например, вертлюги, имеют 5-летний срок эксплуатации. Вертлюги заменяют при проведении водолазных работ с исполь­ зованием подводного рычага. Из двух имеющихся выкидных линий используется только одна. Тем не менее, наличие двух

FSU — Floating Storage Unit,

107

Т а б л и ц а 3,3

Сравнение различных типов выносных точенных причалов

SALM ГЬпззатсл* CALM E1.SBM SPAR ПЛИ

ALC

ным креплением: A L C — шарнирно закрепленная на дне колонна для отгрузки иефтм.

43,8 м/с. Эта система была установлена в мае 1981 г. и вступила в эксплуатацию в феврале 1982 г. Единственная проблема, возникающая в процессе эксплуатации, связана с движением танкеров относительно друг друга при перемене ветра, что обусловлено разницей в массе и площади парусности двух танкеров. Первоначально стационарно пришвартованный тан­ кер загружен нефтью и его площадь парусности мала, в то время как челночный танкер не загружен и его площадь па­ русности велика. После загрузки челночного танкера ситуация меняется на обратную. В этих условиях нагрузка на швартов может достичь предельно допустимого .значения. Вся' система отличается высокой степенью механической сложности и боль­ шими капитальными вложениями, однако, как видно из табл. 3.3, она имеет высокий коэффициент использования, даже несмотря на значительные простои, связанные с работами по ремонту и обслуживанию. Такой уровень обслуживания необходим вследствие высокой степени сложности системы. Компанияоператор удовлетворена работой системы и предполагает снова использовать ее в сходных условиях, но не на большей глубине.

Месторождение Маурин

Месторождение Маурин было открыто в 1974 г. и всегда считалось малым, хотя его извлекаемые запасы оценивались по меньшей мере в 19,1 млн. м3. Разработку месторождения ведет компания «Phillips Petroleum Со UK Limited». Процесс разработки представляет интерес не только потому, что это месторождение малое, но и потому, что здесь используются уникальные инженерные решения. На месторождении установ­ лены стальная гравитационная платформа с цистернами для

109

хранения нефти (более подробно она описана в гл. 4) и железо­ бетонная шарнирно закрепленная на дне колонна для отгрузки нефти ALC. Стоимость отгрузки нефти через колонну ALC с после­ дующей танкерной транспортировкой была оценена на 50 млн. ф. ст. меньше, чем стоимость трубопроводной транспортировки на месторождение Фортис, расположенное на расстоянии 70 км* (см. рис. 3.3). Такая разница в стоимости применительно к малому месторождению обусловила отказ от применения трубопровода* Прежде чем была выбрана колонна ALC, был проведен сравни* тельный анализ систем ALC, CALM и SALM по их надежности и рентабельности* Анализ показал, что на втором месте после колонны ALC стоит система CALM. Решение о применении в ка­ честве строительного материала железобетона вместо стали, которая использовалась на месторождениях Верил и Статфьорд, было обусловлено более низкими капитальными вложениями и расходами на инспекцию и обслуживание. Колонну ALC проек­ тировала компания ЕМН в расчете на безопасную швартовку носом челночных танкеров водоизмещением до 85 тыс. т при ско­ рости ветра до 25,8 м/с, максимальной высоте волны Юм и харак­ терной высоте волны 6,1 м, Самостоятельная швартовка осущест­ вляется при характерной высоте волны до 3,7 м, а операции по отгрузке нефти продолжаются при высоте волны до 5,5 м.

Система ALC (рис. ЗЛ2), установленная на глубине 93 м, представляет собой железобетонную колонну высотой 89 м,

,дна метром 9 м с толщиной стенок 0,3 м. Стальной универсальный шарнир соединяет колонну с большим гравитационным основанием из железобетона. На верху колонны, которая заканчивается стальной трубой диаметром 5,5 м, находится поворотная конструк­ ция, установленная на роликоподшипнике с уплотнением диа­ метром 7 м. Поворотная конструкция включает вертолетную площадку и неподвижную стрелу для подвешивания шлангов.

Общая масса установленной колонны ALC составляет 9800 т (распределение массы между отдельными компонентами системы показано на рис. 3.12). Расчетный срок эксплуатации, включая верхний роликоподшипник, составляет 20 лет. Сырую нефть загружают в челночный танкер со скоростью 3,2 тыс. м:?/ч.

Нефть поступает из цистерн для хранения нефти, расположен­ ных на расстоянии 2,4 кмг по трубопроводу диаметром 609,6 мм. Трубопровод разделяется на два канала диаметром 609,6 мм каждый, по которым нефть движется через основание и уни­ версальный шарнир колонны ALC.

Затем эти два канала соединяются в один, по которому нефть проходит через вертлюг в верхней части колонны. С конца стрелы свешивается гибкий грузовой шланг диаметром 406,4 мм. Для обеспечения непрерывности процесса добычи нефти при пов­ реждении или отказе некоторых компонентов системы ALC предус­ мотрены запасные узлы и Т-образные патрубки. Компания ЕМН разработала универсальный шарнир со специальными вращаю­ щимися уплотнениями. В нормальных условиях нейлоновый

МО