Файл: 1. Классификация гидротехнических сооружений и область их применения 4.rtf

6. Преимущества и недостатки ледовых островов

Значительная часть прогнозных ресурсов нефти и газа арктических морей относится к их мелководным акваториям, где для поисково-разведочного бурения не могут быть использованы наиболее распространенные плавучие буровые установки типа погружных или самоподъемных и массивные гравитационные стационарные платформы. Существующие ПБУ рассчитаны на работу при глубине моря более 15 - 20 м и только в относительно короткий межледовый период, в течение которого при достигнутых скоростях можно пробурить лишь неглубокие разведочные скважины. Между тем глубина поисково-разведочных скважин на перспективных структурах превышает 3000 - 3500 м.

Для проведения разведочных скважин в таких условиях нужно использовать "мелкосидящие" ПБУ в ледостойком исполнении, способные противостоять воздействию ледовых полей толщиной до 2 м и более и возникающим при этом воздействии нагрузкам до 13 - 15 кПа. Однако если обеспечение необходимой местной и общей прочности таких сооружений не вызывает особых технических трудностей, то достигнуть необходимой устойчивости на сдвиг в этом случае практически невозможно и экономически нецелесообразно. Также непригодны для применения на мелководье арктического шельфа массивные гравитационные платформы, которые рассчитаны на значительные горизонтальные ледовые нагрузки, но из-за повышенного веса обладают большой осадкой, что делает невозможным их транспортирование и установку в зонах мелководья.

Таким образом, круглогодичное ведение поисково-разведочного бурения возможно лишь с помощью искусственных островных сооружений (грунтовых, ледовых и ледо-грунтовых). Такие острова характеризуются повышенной устойчивостью к ледовым нагрузкам, а грунтовые - и длительным использованием. По типу возведения грунтовые острова бывают как намывные, так и насыпные (с автотранспорта зимой и барж летом). Их устойчивость и прочность существенным образом зависят от стабильности и защищенности откосов. Это требование обеспечивается за счет создания последних пологими большой протяженности с защитой фильтрующим материалом, металлическими сетками, мешками с песком и т.п. Сооружение таких островов в значительной степени зависит и от удаленности грунтовых карьеров от места строительства.

---

Так как результативность поисково-разведочного бурения в начальный период обычно довольно низка (а в ряде случаев может быть даже нулевой), для уменьшения затрат на строительство грунтовых островов целесообразнее использовать искусственные ледово-грунтовые и ледовые острова. Первые представляют собой ледовую платформу, намороженную до касания с дном и окруженную грунтовой бермой. Устойчивость таких островов определяется в основном термическим режимом насыпи, поскольку сопротивление сдвигу зависит от степени монолитизации массы, т.е. наличия в порах отсыпки замороженной воды.

По мере увеличения глубин воды на точке строительства, удаленности грунтового карьера, а следовательно, применения специальных устройств и систем для защиты откосов от размыва и воздействия льда, стоимость грунтовых и ледово-грунтовых островов может возрасти настолько, что они окажутся экономически невыгодными. Поэтому для разведочного бурения в суровых ледовых условиях мелководной части арктических морей более эффективным типом гидротехнических сооружений являются искусственные ледовые острова. Они обладают рядом явных преимуществ по сравнению с другими видами арктических морских буровых платформ. Прежде всего - строительство ледовых островов требует меньших затрат.

Ледовую платформу Хекла-52 фирмы "Панарктик", имеющую 3-метровый слой искусственного льда, оценивают примерно в 2 млн дол. Зарубежные исследователи установили, что ледовый остров высотой 18 м и диаметром 120 м, сооруженный на глубине 9 м, стоит менее 5 млн дол. В эту сумму включены затраты на сваи и укрепляющие материалы, которые могут и не понадобиться при правильном проектировании острова. Для сравнения можно отметить, что искусственный остров с наполнителем на глубине от 3 до 6 м стоит от 3 до 11 млн дол. в зависимости от метода строительства, а конические конструкции - около 100 млн дол. Строительство ледовых островов обходится значительно дешевле, потому что оно не требует специальных плавучих строительно-монтажных технических средств и оборудования, а в качестве материала для заводнения служит морская вода.

По сравнению с грунтовыми ледовые острова обладают рядом преимуществ и в экологическом отношении. В настоящее время соответствующие контролирующие учреждения оставляют за собой право потребовать ликвидации, которая обходится даже дороже, чем строительство, в море Бофорта острова с наполнителем по завершении буровых работ, если нефтегазоносные залежи не будут обнаружены. Что

---

касается ледового острова, то его можно растопить или разрушить прямо на месте, при этом отрицательное воздействие на окружающую среду будет минимальным.

На подготовку к строительству ледовых островов уходит на 2 - мес меньше, чем других сооружений. В течение этого времени можно определить стоимость скважин, которые будут пробурены в данном месте, а также обеспечить доставку на береговую базу насосного и вспомогательного оборудования. На подготовку к строительству острова с наполнителем уходит 3-24 мес. При этом неизбежно использование тяжелых механизмов, таких как тракторы, грузовики, баржи, а также определение места расположения карьеров-наполнителей. Что касается конических конструкций, то на их проектирование, изготовление и доставку уходит от 3 до 5 лет. Период подготовки является немаловажным фактором, поскольку участки, например, в море Бофорта сдаются в аренду только на 5 лет.

Несмотря на преимущества ледовых островов, их применение ограничено мелководьем. Темпы получения искусственного льда во многом зависят от условий окружающей среды. Например, при идеальных условиях с помощью свободного или ограниченного заводнения в день можно получить слой искусственного льда, равный не более 8 см. Если бурение должно начаться 1 февраля, то для создания слоя льда толщиной 7,6 м потребуется 90 дней.

Сооружение ледовых островов набрызгом морской воды, а также с помощью ледяных блоков может осуществляться быстрее. Однако получаемый с помощью ускоренных методов лед обладает меньшей прочностью, поскольку скрытая теплота не успевает уйти в атмосферу и поглощается ледовым островом.

Кроме того, бурение с ледовых островов ограничивается зимним периодом. Если остров не защищен от теплового воздействия и не обладает достаточной мощностью, чтобы противостоять штормовой волне, он, вероятнее всего, летом растает или разрушится. Так случилось с островом фирмы "Юнион ойл". Таким образом, если не принять соответствующих мер, то его невозможно использовать для бурения второй скважины на новом месторождении или оконтуривающей, а при открытии нефтегазоносных залежей нельзя превратить в эксплуатационную платформу.

---

Дальнейшее развитие техники и технологии создания ледовых островов должно пойти по пути обеспечения сохранности этих искусственных сооружений в летний период, что позволило бы продолжить их строительство следующей зимой и дало возможность сооружать острова для работ на больших глубинах. Кроме того, следует изучить проблему преобразования ледового острова в эксплуатационную платформу.

---

7. Анализ конструкций и опыт эксплуатации ледостойких нефтегазопромысловых сооружений

Ледостойкие нефтегазопромысловые сооружения эксплуатируются в основном в условиях залива Кука (Аляска), морей Бофорта, Балтийского и Азовского.

Сооружения островного типа

Для строительства любого типа искусственного островного сооружения (ИОС) необходимо разрабатывать, транспортировать и укладывать в его тело значительные массы каменно-земляных материалов. Например, для возведения ИОС с естественными откосами на глубине моря 30 м требуется 19 млн м³ песчаного грунта, а на глубине 45 м - 53 млн м³.

В начале 70-х гг. на канадском шельфе в море Бофорта было построено более 30 ИОС на глубинах моря до 70 - 75 м. Их сооружали двух типов:

с естественными и защищенными от размыва откосами;

с оконтуриванием железобетонными или стальными конструкциями.

Для этого использовали в основном местные строительные материалы (песок, гравий, щебень и др.).

При сооружении островов с укрепленными откосами требуемые объемы грунта снижаются вдвое, но все же остаются огромными. Трудности строительства ИОС связаны с ограниченностью запасов подходящих по составу грунтов, а также сроками проведения работ в короткий межледовый период.

Такие сооружения подвергаются интенсивному волновому, ледовому воздействию и требуют выполнения серьезных защитных мероприятий, затраты на которые иногда составляют 50 - 80 % общей стоимости строительства острова.

Поэтому с ростом глубины моря увеличивается преимущество островов, оконтуренных железобетонными или стальными конструкциями, благодаря которым значительно уменьшается необходимый объем грунтовой засыпки.

На стоимость ИОС оказывает влияние срок его строительства. Достаточно отметить, что потери грунта из-за сезонных перерывов в работе составляли до 50 - 60 % общего объема уложенного грунта. В море Бофорта большинство островов построены в течение одного летнего сезона, лишь несколько наиболее крупных ИОС были возведены за два летних периода. При их сооружении были подтверждены указанные выше объемы потерь грунта из-за межсезонного перерыва.

Следует отметить, что ИОС, построенные в море Бофорта, предназначены для разведочного бурения и считаются временными со сроком эксплуатации 1 - 2 года. В связи с этим они были

---