Морские бетонные конструкции или бетонные морские конструкции — это конструкции, построенные из железобетона для использования в морской среде. Они выполняют ту же функцию, что и их стальные аналоги, в добыче и хранении нефти и газа. Первая бетонная нефтяная платформа была установлена в Северном море на нефтяном месторождении Экофиск в 1973 году компанией Phillips Petroleum , и они стали важной частью морской строительной отрасли. С тех пор было построено не менее 47 крупных бетонных морских конструкций.
Бетонные морские конструкции в основном используются в нефтяной промышленности в качестве установок для бурения, добычи или хранения сырой нефти или природного газа. Эти крупные конструкции вмещают машины и оборудование, используемые для бурения или добычи нефти и газа. [1] Бетонные морские конструкции не ограничиваются применением в нефтегазовой промышленности, несколько концептуальных исследований показали, что бетонные опорные конструкции для морских ветровых турбин могут быть конкурентоспособными по сравнению с более распространенными стальными конструкциями, особенно для больших глубин воды.
В зависимости от обстоятельств платформы могут быть прикреплены к морскому дну, состоять из искусственного острова или быть плавучими. Как правило, морские бетонные конструкции классифицируются на стационарные и плавучие. Стационарные конструкции в основном строятся как бетонные конструкции гравитационного типа (CGS, также называемые кессонного типа), где нагрузки оказывают давление непосредственно на самые верхние слои в виде давления грунта. Кессон обеспечивает плавучесть во время строительства и буксировки, а также действует как фундаментная конструкция на этапе эксплуатации. Кроме того, кессон может использоваться в качестве объема для хранения нефти или других жидкостей. [1] Плавучие блоки могут удерживаться на месте с помощью якорных тросов или цепей в схеме швартовки с разбросом. Из-за низкой жесткости в этих системах собственная частота низкая, и конструкция может двигаться со всеми шестью степенями свободы. Плавучие блоки служат в качестве производственных установок, установок хранения и разгрузки (FSO) или для сырой нефти или в качестве терминалов для сжиженного природного газа (СПГ). Более недавней разработкой являются бетонные подводные конструкции. [1]
Бетонные морские сооружения очень долговечны, изготовлены из материала, не требующего особого ухода, подходят для суровых и/или арктических условий (например, ледовых и сейсмических регионов), [1] могут нести тяжелые верхние строения, могут быть спроектированы для обеспечения вместимости хранилища, могут быть пригодны для мягкого грунта и экономичны для глубин воды более 150 м. Большинство платформ гравитационного типа не нуждаются в дополнительном креплении из-за больших размеров фундамента и чрезвычайно большого веса. [1]
Начиная с 1970-х годов было разработано несколько проектов стационарных бетонных платформ. Большинство проектов имеют общий базовый кессон (обычно для хранения нефти) и шахты, проникающие в поверхность воды для переноса верхней части. В шахтах обычно устанавливаются системы коммуникаций для разгрузки, бурения, опускания и балласта. [ необходима цитата ]
Бетонные морские платформы гравитационного типа почти всегда строятся в вертикальном положении. Это позволяет производить установку балок и оборудования на берегу, а затем транспортировать всю конструкцию к месту установки.
Наиболее распространенные конструкции из бетона: [ необходима ссылка ]
Condeep относится к конструкции гравитационного основания для нефтяных платформ, изобретенной Олавом Мо [2] и изготовленной норвежскими подрядчиками в Норвегии. Condeep обычно состоит из основания из бетонных резервуаров для хранения нефти, из которых поднимаются одна, три или четыре бетонных шахты. Оригинальная Condeep всегда покоится на морском дне, а шахты возвышаются примерно на 30 м над уровнем моря. Сама палуба платформы не является частью конструкции. Платформы Condeep Brent B (1975) и Brent D (1976) были спроектированы для глубины воды 142 м на нефтяном месторождении Brent, эксплуатируемом Shell . Их основная масса представлена резервуаром для хранения (диаметром около 100 м и высотой 56 м, состоящим из 19 цилиндрических отсеков диаметром 20 м). Три из ячеек расширены в шахты, сужающиеся к поверхности и несущие стальную палубу. Резервуары служат для хранения сырой нефти на этапе эксплуатации. Во время установки эти резервуары использовались в качестве балластного отсека. Среди крупнейших платформ типа Condeep — платформы Troll A и Gullfaks C. Troll A была построена за четыре года и введена в эксплуатацию в 1995 году для добычи газа на нефтяном месторождении Troll , которое разрабатывалось компанией Norske Shell , а с 1996 года эксплуатировалось компанией Statoil . [3] Подробный обзор платформ Condeep приведен в отдельной статье.
Бетонные основания гравитационного типа (CGBS) являются дальнейшим развитием первого поколения буровых/производственных платформ Condeep , установленных в Северном море в период с конца 1970-х до середины 90-х годов. CGBS не имеют нефтехранилищ, а монтаж верхних строений будет осуществляться на месте методом плавучего сопряжения. Текущие [ когда? ] или самые последние проекты: [ необходима цитата ]
Первой бетонной гравитационной платформой в Северном море была платформа CG Doris, Ekofisk Tank, в норвежских водах. Конструкция имеет форму, похожую на морской остров, и окружена перфорированной волнорезной стеной (патент Jarlan). Первоначальное предложение французской группы CG DORIS (Compagnie General pour les Developments Operationelles des Richesses Sous-Marines) для предварительно напряженной пост-напряженной бетонной «островной» конструкции было принято по соображениям стоимости и эксплуатации. DORIS была генеральным подрядчиком, ответственным за структурное проектирование: бетонный проект был подготовлен и контролировался от имени DORIS компанией Europe-Etudes. Еще одним примером проектов CG DORIS являются платформы Frigg, Ninian Central Platform и платформы Schwedeneck. [ необходима цитата ] Конструкция обычно состоит из кессона большого объема, основанного на морском дне, сливающегося в монолитную конструкцию, которая является основанием для палубы. Единственная основная опора окружена внешней стеной-буруном, перфорированной так называемыми отверстиями Джарлана. Эта стена предназначена для разбивания волн, тем самым уменьшая их силу.
Эта конструкция очень похожа на тип Condeep . [ необходима цитата ]
Чтобы достичь своей цели и добывать нефть в течение пяти лет после открытия месторождения Брент , Shell разделила строительство четырех морских платформ. Redpath Dorman Long в Метиле в Файфе, Шотландия, получает Brent A, две бетонные платформы Condeep B и D должны были быть построены в Норвегии компанией Norwegian Contractors (NC) из Ставангера, а платформа C (также бетонная) должна была быть построена компанией McAlpine в Ардайн-Пойнт на реке Клайд (которая известна как проект ANDOC (Anglo Dutch Offshore Concrete)). Проект ANDOC можно рассматривать как попытку британской строительной отрасли конкурировать с Норвегией в этом секторе. McAlpine построила три бетонные платформы для нефтяной промышленности Северного моря в Ардайн-Пойнт. Тип ANDOC очень похож на проект Sea Tank, но четыре бетонные опоры заканчиваются, а стальные опоры берут на себя поддержку палубы.
Концепция Arup dry-build Concrete Gravity Substructure (CGS) была первоначально разработана Arup в 1989 году для Hamilton Brothers' Ravenspurn North. Arup CGS разработаны для простой установки и полностью съемные. Простота и повторяемость бетонных структурных элементов, низкая плотность армирования и предварительного напряжения, а также использование бетона нормальной плотности приводят к экономичным затратам на строительство. Типичным для Arup CGS является метод наклонной установки. Этот метод помогает максимизировать экономию и обеспечить надежную методологию размещения на шельфе. Дальнейшими проектами были проект Malampaya на Филиппинах и полномасштабная разработка месторождения Wandoo на северо-западном шельфе Западной Австралии.
Поскольку бетон достаточно устойчив к коррозии от соленой воды и позволяет снизить расходы на техническое обслуживание, плавучие бетонные конструкции становятся все более привлекательными для нефтегазовой промышленности в последние два десятилетия. Временные плавучие конструкции, такие как платформы Condeep , плавают во время строительства, но их буксируют и, наконец, балластируют, пока они не окажутся на морском дне. Постоянные плавучие бетонные конструкции имеют различные применения, включая открытие месторождений нефти и газа, добычу нефти и газа, в качестве единиц хранения и разгрузки и в системах подъема тяжелых грузов.
Распространенными конструкциями плавучих бетонных конструкций являются конструкция баржи или судна, конструкция платформы (полупогружной, TLP), а также плавучие терминалы, например, для СПГ.
Плавучие системы добычи, хранения и отгрузки (FPSOS) получают сырую нефть из глубоководных скважин и хранят ее в своих корпусных резервуарах до тех пор, пока сырая нефть не будет перекачана в танкеры или транспортные баржи. В дополнение к FPSO, существует ряд систем плавучего хранения и отгрузки (FSO) в форме корабля (суда без оборудования для обработки продукции), используемых в этих же областях для поддержки разработки нефтяных и газовых месторождений. FSO обычно используется в качестве единицы хранения в отдаленных местах вдали от трубопроводов или других инфраструктур.
Полупогружные морские сооружения обычно перемещаются только путем буксировки. Полупогружные платформы имеют основную характеристику: они остаются в существенно устойчивом положении, совершая небольшие движения, когда подвергаются воздействию таких сил окружающей среды, как ветер, волны и течения. Полупогружные платформы имеют понтоны и колонны, как правило, два параллельных разнесенных понтона с плавучими колоннами, выступающими из этих понтонов для поддержки палубы. Некоторые из полупогружных судов имеют только один кессон или колонну, обычно обозначаемую как буй, в то время как другие используют три или более колонн, выступающих вверх из плавучих понтонов. Для видов деятельности, требующих устойчивой морской платформы, судно затем балластируется так, чтобы понтоны были погружены, и только плавучие колонны пронзали поверхность воды, тем самым обеспечивая судну существенную плавучесть с небольшой площадью водной поверхности. Единственная существующая бетонная полупогружная платформа [ когда? ] - это Troll B. [ нужна цитата ]
Платформа Tension Leg Platform — это плавучая платформа, которая удерживается на месте с помощью швартовочной системы. Швартовка TLP отличается от обычных цепных или тросовых швартовочных систем. Платформа удерживается на месте с помощью больших стальных растяжек, прикрепленных к морскому дну. Эти растяжки удерживаются в натяжении за счет плавучести корпуса. Heidrun TLP компании Statoil — единственная платформа с бетонным корпусом, все остальные TLP имеют стальные корпуса.
Системы FPSO или FSO обычно имеют форму баржи/судна и хранят сырую нефть в резервуарах, расположенных в корпусе судна. Их башенные конструкции предназначены для закрепления судна, позволяют «флюгерам» установок соответствовать условиям окружающей среды, обеспечивают постоянный поток нефти и производственных жидкостей с судна на подводное месторождение, и при этом являются конструкцией, способной к быстрому отключению в случае чрезвычайной ситуации.
Первая баржа из предварительно напряженного бетона была спроектирована в начале 1970-х годов как баржа для хранения сжиженного нефтяного газа (LPG ) на месторождении Арджуна (Индонезия). Эта баржа построена из армированного и предварительно напряженного бетона, содержащего цилиндрические резервуары, каждый из которых имеет поперечное сечение, перпендикулярное его продольным осям, которое включает предпочтительно круглую изогнутую часть, соответствующую дну.
В следующей таблице приведены основные [ по мнению кого? ] [ необходимы пояснения ] существующие морские бетонные конструкции.
