выбор перспективной конструкции основания морской нефтегазодобывающей платформы для условий мелководного шельфа арктических морей

Введение
Освоение месторождений арктического шельфа сопряжено с огромными затратами на преодоление суровых условий Арктики. К таким условиям относятся отрицательные температуры воздуха, долгая полярная ночь, сильные ветра и штормы, образование льда и его воздействие на сооружения арктического шельфа, бороздящие морские просторы айсберги, которые могут нанести существенный вред конструкциям нефтегазодобывающих платформ.
Так же конструкции нефтегазодобывающих платформ имеют огромное разнообразие исполнения своих форм, что в свою очередь не ограничивает проектировщиков и строителей в процессе создания конструкций платформ и в тоже время создает трудности в процессе выбора и подбора эффективных решений для тех или иных природных условий эксплуатации платформ на арктическом шельфе.
Существующие классификации нефтегазодобывающих платформ отвечают, в основном, на вопрос на какой глубине будет эксплуатироваться платформа и какой, приблизительный облик она будет иметь, а также приблизительный показатель материалоемкости.
В данной работе спроектирована платформа для условий арктического шельфа. Проработка вопроса велась для условий месторождения в море Лапте-вых.

Актуальность работы
Освоение любого нефтегазового месторождения связано с огромными капитальными вложениями и это накладывает повышенные требования к качеству проектирования и оценке технико-экономических показателей разработки месторождения.
Освоение арктических месторождений, особенно в условиях шельфа, имеет многовариантный характер. Применяемые технические средства освоения для каждого района уникальны.
Планы отечественных нефтегазовых компаний и правительства Российской Федерации по освоению новых регионов, включая районы арктических и субарктических морей, уникальных по своим характеристикам и не имеющих аналогов в мире, диктуют необходимость поиска новых подходов и новых инновационных решений, включая новые технологии для разработки нефтегазовых месторождений на шельфе арктических и субарктических морей.
Процессы моделирования месторождений нефти и газа и разработки про-ектных документов, оценки технико-экономических показателей освоения месторождения – это сложные многоаспектные, итерационные процессы, в которых используются различные программные комплексы и их модули, а также ряд вспомогательных программных систем и технологий (геоинформационных, CAD – систем, графических и текстовых редакторов и т.д.). Поэтому важно, чтобы была общая концепция эффективного использования существующих информационных технологий и современных достижений науки и техники для решения такой сложной и многогранной задачи, имеющей огромное народнохозяйственное значение.
Цель работы
Целью работы является – выбор перспективной конструкции основания морской нефтегазодобывающей платформы для условий мелководного шельфа арктических морей.
Задачи исследования:
• Изучение опыта освоения и разработки шельфовых месторождений нефти и газа в условиях ледовитых морей.
• Сбор и обобщение естественных условий района строительства
• Выявление перспективных вариантов облика опорного блока морской нефтегазодобывающей платформы для рассматриваемых условий
• Назначение габаритных размеров различных вариантов опорного блока
• Создание методики оценки и выбора конструкции основания морской нефтегазодобывающей платформы для условий мелководного шельфа арктиче-ских морей.
• Расчет материалоемкости вариантов конструкции
• Выбор перспективной конструкции основания морской нефтегазодобывающей платформы для условий мелководного шельфа арктических морей.
Методы и объекты исследований
При выполнении исследования использованы традиционные методы проектирования, а также методы математического моделирования и статистические методы.
Объект исследований – конструкция опорного блока морской нефтегазодобывающей платформы. Предмет исследований - параметры опорного блока для условий месторождения моря Лаптевых.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в разработке и обосновании выбора опорного блока морской нефтегазодобывающей платформы для условий мелководного шельфа арктических морей.
Общие положения
Арктика — это прилежащая к Северному полюсу, часть земного шара, ограниченная с юга Северным полярным кругом, находящимся на 66°33' с.ш., в пределах которого наблюдаются явления полярного дня и полярной ночи. В этих границах площадь Арктики составляет 21 млн. км2. Особенностями природы Арктики являются: низкий радиационный баланс, близкие к 0 °С средние температуры воздуха летних месяцев при отрицательной средней годовой температуре, преимущественно выпадение твёрдых атмосферных осадков в течение большей части года, круглогодичное присутствие льда на суше в виде ледников, подземных льдов и многолетней мерзлоты, безлесье суши, а также ледовитость морских акваторий - всё это позволяет выделить Арктику в особую природную ландшафтно-географическую область. Границу её обычно проводят по южному пределу зоны тундр, близкому к очертаниям июльской изотермы 10°C на суше и 5 °С на море. Местами эта граница проходит севернее Полярного круга, местами южнее его. В этих пределах площадь Арктики (включая водную поверхность) составляет около 27 млн. км² (5,3% земной поверхности). На материках эта граница проходит примерно по 70° с.ш. (за исключением южной части Гренландии, полуострова Лабрадор и прилегающих частей Атлантического океана), совпадая со средним положением арктического фронта. В этом случае площадь Арктика оказывается меньшей приблизительно на 10-15%. На арктическую сушу приходится около 10 млн. км². В пределах Арктики выделяют 2 природные зоны: арктические пустыни и тундры
Основная часть Северного Ледовитого океана — это Арктический бассейн (помимо Северо-Европейского и Канадского). Арктический шельф – мелководная часть дна Северного Ледовитого океана, примыкающая к суше, 10 включающая в себя острова материкового происхождения и в геологическом отношении являющаяся продолжением материка. Территориями шельфа считаются окраинные моря: Баренцево, Восточно-Сибирское, Чукотское, Карское, а также море Лаптевых.[3]
Средняя глубина внешнего края шельфа Мирового океана - 130-132 метра, ширина в среднем составляет около 80 км. Самые обширные в мире - шельфы Баренцева моря (1300-1700 км) и других арктических морей, а также побережья Аргентины. Ширина шельфа Арктического бассейна в среднем составляет 800 км. Что касается глубины, для Баренцева моря это 100—350 метров, для Карского - в среднем 100 метров. Глубина шельфа моря Лаптевых составляет 10-40 метров, в Чукотском море – 20-60 метров. Для сравнения средняя глубина Северного Ледовитого океана 1,2 км, наибольшая глубина - 5,5 км - зафиксирована в Гренландском море, а в точке Северного полюса, по измерениям глубоководного аппарата «Мир», глубина составляет 4 261 метр.
Освоение нефтегазовых ресурсов Арктики сопряжено со значительными затратами и высоким уровнем риска. К основным сложностям, с которыми сталкиваются компании, занимающиеся разработкой месторождений нефти и газа, относятся:
• суровый климат. Сильные морозы практически круглый год, продолжительная полярная ночь, угроза повреждения морских буровых установок арктическими льдами, болотистая тундра, обусловливающая сезонность деятельности во многих регионах, и ограниченная биологическая активность крайне отрицательно сказываются на персонале и оборудовании;
• неразвитая инфраструктура. Разработка новых месторождений «с нуля» – занятие очень дорогостоящее и подверженное существенным экологическим рискам. Для Арктики потребуется специальное оборудование (в частности, специальные танкеры и ледоколы). При этом подведение протяжённых коммуникаций, снабжение и логистика осложняются суровыми климатическими условиями;
• конкуренция со стороны других источников газа. Рост предложения газа на мировом рынке, как из традиционных, так и из нетрадиционных источников, ставит под сомнение экономическую целесообразность разработки арктических месторождений. Конкуренцию может составить в первую очередь сланцевый газ, а также всё в большей степени газ, содержащийся в угольных пластах, и сжиженный природный газ (СПГ). Постоянно повышаются оценки ресурсного потенциала менее экстремальных областей, освоение которых может быть экономически оправданным и безопасным с экологической точки зрения, нежели разработка арктических месторождений природного газа.
• гидролакколиты (вспучивания, образовавшиеся в зоне вечной мерзлоты, ядро которых состоит либо из сплошной линзы льда, либо из переслоенного льдом мерзлого грунта высотой до 25–40 м и более). Они представляют большую опасность, так как быстро растут и видоизменяются. Сильная обводненность рыхлых пород морского дна. При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения.
Морская нефтегазодобыча опасна еще и тем, что даже при высокой надежности всех звеньев технологических цепочек последствия от единичной аварии могут быть очень тяжелыми из-за крупных масштабов объектов (морских платформ, танкеров, перекачивающих станций) и их удаленности от спасательных служб. В Арктике загрязняющие вещества будут сохраняться длительное время, депонироваться в ледяном покрове, а возможности ликвидации крайне ограничены.
Еще одной уникальной природной особенностью региона являются стамухи — ледяные глыбы, пронизывающие дно океана на небольших глубинах, способные буквально пропарывать подводные коммуникации.

Оглавление
Аннотация 4
1. Пояснительная записка 6
Введение 6
Актуальность работы 6
Цель работы 7
Методы и объекты исследований 7
Научная новизна работы 8
Общие положения 8
2. Схема планировочной организации земельного участка 12
2.1 Выбор и обоснование состава зданий ледостойкой платформы 12
2.2 Краткое описание зданий и сооружений ледостойкой платформы 20
2.3 Расчет плановых и высотных размеров сооружения 21
2.4 Инженерно-технические мероприятия по водоотведению поверхностных вод 25
2.5 Выбор и обоснование конструкции опорного блока 28
2.5.1 Ледостойкие платформы со сквозным опорным блоком на свайном основании 29
2.5.2 Гравитационные ледостойкие платформы 30
2.5.3 Композитный искусственный остров 31
2.5.4 Мировой опыт строительства ледостойких платформ 33
2.5.4.1 Охотское море 33
Платформа «ОРЛАН» 34
Платформа «БЕРКУТ» 36
Платформа «Пильтун-Астоханская - А» (Моликпак). 38
Платформа «ПИЛЬТУН-АСТОХСКАЯ-Б» 41
Платформа «ЛУНСКАЯ-А» (ЛУН-А) 43
2.5.4.2 Печерское море 45
МЛСП «Приразломная» 45
2.5.4.3 Северное море 47
Платформа «ТРОЛЛЬ – А» 47
Нефтяная платформа «GULLFAKS» 49
Платформа «DRAUGEN» 51
Платформа «СТАТФЬОРД» 52
2.5.4.4 Каспийское море 54
МЛСП (ЛСП-1, ЛСП-2) 54
2.5.4.5 Атлантический океан 56
Платформа «HIBERNIA» 56
Платформы «HEBRON» 58
2.5.4.6 Балтийское море 60
Платформа Д – 6 60
2.5.5 Вывод 62
4. Конструктивные и объемно-планировочные решения 65
4.1 Сбор нагрузок 65
4.1.1 Плавучесть сооружения 65
4.1.2 Остойчивость сооружения 66
4.1.3 Нагрузка от движущегося ледяного поля 68
4.1.4 Нагрузка от движущегося тороса 69
4.1.5 Волновая нагрузка 73
4.1.6 Ветровая нагрузка 74
4.1.7 Расчет устойчивости 75
4.1.8Определение контактных напряжений 75
4.1.9 Расчет устойчивости на плоский сдвиг 76
4.1.10 Расчет устойчивости на глубинный сдвиг 77
4.1.11 Расчет устойчивости сооружения по несущей способности грунта основания 80
4.2 Расчет вариантов конструкции опорного блока ледостойкой платформы 80
4.3 Расчет и конструирование деталей и узлов основного варианта 80
6. Проект организации строительства 83
6.1 Выбор и обоснование методов производств работ по строительству ледостойких платформ 83
6.1.1 Технология изготовления массива-гиганта в сухом доке. 87
6.1.2 Технология транспортировки и установки платформы 88
6.1.3 Подготовительный период строительства 89
6.1.4 Основной период строительства 91
6.1.5 Транспортировка платформы 95
6.2 Планирование строительства 96
6.2.1 Потребность в основных машинах, механизмах и транспортных средствах 98
6.2.3 Календарный план 98
6.2.4 Технологическая карта 99
6.3 Стройгенплан 99
6.4 Охрана труда 100
6.5 Охрана окружающей среды при выполнении строительных работ 101
8. Перечень мероприятий по охране окружающей среды 105
11. Смета на строительство объектов капитального строительства 112
11.1Сметные расчеты 112
11.2 Сводный сметный расчет 112
11.3 Расчет ТЭПов 112
12. Перечень мероприятий по гражданской обороне, мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. 115
12.1 Классификация чрезвычайных ситуаций по происхождению 115
12.2 Мероприятия при восстановлении чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера 117
Заключение 119
Список литературы 121
Приложение А 126
Приложение Б 134
Приложение В 140
Приложение Г 149

В данной работе было рассмотрено 14 различных платформ, которые эксплуатируются на шельфах как арктических, так и не арктических морей. И это показало, что при всем огромном количестве разведанных запасов углеводородов на шельфе, у нас не такой большой опыт освоения и разработки подобных месторождений нефти и газа на шельфе арктических морей. Так же были рассмотрены классификации нефтегазодобывающих платформ различных авторов. Сопоставление результатов анализа и классификаций платформ, а так же способ укрупненного расчета, позволили подобрать наиболее эффективную конструкцию опорного блока нефтегазодобывающей платформы для заданных условий.
В итоге был запроектирован морская ледостойкая платформа в полном соответствии с заданием сделан выбор и обоснование планово-высотных и конструктивных размеров сооружения, основываясь также на:
- естественных условий района строительства;
- требуемый объем резервуаров;
- расчетное верхнее строение;
Проводилось сравнение двух вариантов конструкции опорного блока: железобетонный опорный блок и опорный блок в виде кессона на свайном основании
По результатам сравнения технико-экономических показателей принят в качестве основного варианта железобетонный опорный блок.
Сметная стоимость проведения строительных работ в ценах на II квартал 2020 г. составляет 38 млрд. руб.
Также в проекте разработана технология и организация строительства, которая заключалась в выборе и обосновании методов производства работ, планировании строительства и разработке стройгенплана. Согласно календарному плану срок строительства причала составляет 6 месяцев.
Кроме того, в дипломном проекте рассмотрены вопросы охраны труда, пожарной безопасности, охраны окружающей среды и мероприятия по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. К проекту прилагаются приложения –армирование железобетонного опорного блока, сметные расчеты.
 

-