Разработка и исследование применимости новой конструкции ледостойких платформ на мелководном арктическом шельфе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.18, кандидат технических наук Мусабиров, Антон Альфредович

• Мусабиров, Антон Альфредович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мусабиров, Антон Альфредович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КОНЦЕПЦИЯ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА НА АКВАТОРИЯХ ОБСКОЙ И ТАЗОВСКОЙ ГУБ И ПРИМАЛЬСКОГО ШЕЛЬФА

1.1. Природные условия возможных районов освоения месторождений

1.2. Анализ применимости существующих проектов и типов МНГС для условий Приямальского шельфа и Обской и Тазовской губ

1.3. Обоснование новой концепции платформ для принятых районов освоения месторождений нефти и газа

ГЛАВА 2. ВЫБОР АРХИТЕКТУРНОГО ОБЛИКА И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПЛАТФОРМЫ

2.1. Описание конструкции нового технического решения платформы, назначение, принцип действия, жизненный цикл

2.2. Конструктивные особенности технического решения МНГС

2.3. Обоснование основных параметров МНГС

2.4. Оценка плавучести платформы и собственной плавучести палуб

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНИХ НАГРУЗОК, ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ РАЗМЫВА

3.1. Оценка действия ветровой нагрузки

3.2. Оценка действия нагрузки от течения

3.3. Оценка действия ледовой нагрузки

3.3.1. Оценка действия ледовой нагрузки по методике ISO 19906

3.3.2. Оценка действия ледовой нагрузки по методике СТО Газпром 2-3.7-29-2005

3.4. Оценка возможности опрокидывания

3.5. Оценка возможности сдвига

3.6. Защита основания от размыва

ГЛАВА 4. ПРЕИМУЩЕСТВА НОВОГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ И ЗАДАЧИ, ТРЕБУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ

4.1. Преимущества конструкции МНГС

4.2. Проблемы, требующие решения. Задачи, стоящие перед отраслью для осуществления проекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование применимости новой конструкции ледостойких платформ на мелководном арктическом шельфе»

ВВЕДЕНИЕ

"Россия, по сути, реально приступает к разработке арктического шельфа, открывает новую главу в истории освоения Арктики, и уже совсем скоро в ней появятся такие страницы, как запуск Штокмановского месторождения в Баренцевом море, освоение запасов Карского моря и зоны полуострова Ямал" [25], - таковы слова В.В. Путина, произнесённые им на втором международном арктическом форуме "Арктика - территория диалога", проходившем в 2011 году в Архангельске.

Основные, то есть наиболее крупные по ожидаемым запасам углеводородов морские месторождения России, содержащие около 85 млрд т условного топлива [2], располагаются на шельфе замерзающих акваторий морей Северного Ледовитого океана, а также в устьях (в дельтах и эстуариях) впадающих в них рек (таких, как Обская и Тазовская губы). Подписанная в феврале 2013 г. Президентом В.В. Путиным "Стратегия развития арктической зоны России до 2020 года" придала новый импульс по реализации нефтегазовых проектов в этом регионе. Предполагается, что арктическая база полностью интегрируется в инфраструктуру российской экономики, обеспечивая долгосрочные потребности России в углеводородном сырье.

Реализация будущих проектов на шельфе требует от науки и промышленности разработки и производства большого количества сложных технических средств: буровые платформы, суда обеспечения, стационарные ледостойкие сооружения и подводные объекты различного назначения. Это, по существу, нефтегазовый комплекс нового поколения, который может стать решающим фактором для переформатирования мировой нефтегазодобычи и ее консолидации на базе новой технологической платформы, полагают эксперты компании "IHS Glodal Insight".

Однако, суровые климатические условия Арктики (сильные морозы, движение льдов, полярная ночь и др.) существенно осложняют работу добывающих компаний. Риски малоизучены, главной проблемой арктических проектов являются льды.

Наиболее значимые результаты в освоении северных зарубежных морских месторождений были достигнуты в акваториях континентального шельфа Аляски, части Атлантического океана (в районе о. Ньюфаундленд), моря Бофорта и Норвежского моря (где обстоятельно изучены вопросы природы ледовых полей и их воздействия на нефтегазовые сооружения, а также вопросы обледенения верхних строений платформ).

В настоящее время осуществляется полномасштабная разработка морских месторождений нефти и газа на шельфе о. Сахалин (проекты «Сахалин-1», «Сахалин-2» и «Сахалин-3»). Северные моря России пока еще разведаны на нефть и газ слабо. В последние годы, начиная с 2000-го, начаты интенсивные проектные и строительные работы по освоению месторождений Баренцева и Печорского морей [2] (построен уникальный ледостойкий терминал круглогодичной отгрузки нефти в районе Варандея), с берега горизонтально пробуренными скважинами освоено Юрхаровское газоконденсатное месторождение на западном берегу Ямала, построена ледостойкая стационарная платформа для Приразломного месторождения (Печорское море), на которой начато бурение эксплуатационных скважин, ведутся проектные работы по освоению Штокмановского газоконденсатного месторождения.

Наряду с этим ведутся активные работы по разведке нефтегазовых ресурсов шельфа Карского моря. Привлекательными здесь являются два перспективных района - Приямальский шельф и акватория Обской и Тазовской губ.

Большие месторождения Приямальского шельфа Карского моря, Ленинградское и Русановское, по прогнозируемых запасов превосходят Штокмановское газоконденсатное месторождение.

В акватории Обско-Тазовского региона находятся многочисленные газовые и газоконденсатные месторождения. В период с 2000-2004 гг. поисковым бурением ООО "Газфлот" были открыты перспективные месторождения Северо-Каменномысское, Каменномысское-море, Чугорьяхинское и Обское. Привлекательность освоения данных акваторий помимо прочего состоит в том, что продукция месторождений Обской и Тазовской губ может обеспечить дозагрузку уже построенных магистральных систем транспорта газа по мере падения темпов добычи на близкорасположенном действующем Ямбургском месторождении.

Как показывает мировой и российский опыт морской нефтегазодобычи, технологии для освоения арктического региона имеются, работы на уровне и под уровнем дна моря не вызывают сложностей, основная трудность заключается в айсбергах и льдах, а также в низких температурах. Главное -не существует универсального решения для разных морей - Охотского, Баренцева, Карского (разные грунты, разные глубины, разные структуры льдов). Поэтому в каждом случае требуются уникальные решения с использованием новейших технологий и накопленного опыта в арктических условиях.

В этой связи, учитывая актуальность и необходимость освоения в первую очередь месторождений Обско-Тазовского региона (Северо-Каменномысское и Каменномысское-море), а также Приямальского шельфа (Харасавейского и Крузенштерновского), целью диссертационной работы является разработка технических решений для освоения мелководных месторождений Арктики.

Освоение ресурсов нефти и газа в данных районах с использованием морских нефтегазовых сооружений (МНГС) представляется весьма сложным, в связи с тяжёлыми гидрометеорологическими условиями с минимальными температурами до -50°С, полярной ночью в 3-4 месяца, периодом навигации около 2-х месяцев, а также очень сложной ледовой обстановкой, характеризующейся наличием ледовых полей толщиной до 2,5 м. Кроме того, в акваториях Обской и Тазовской губ преобладают слабые илистые грунты, что создаёт дополнительные сложности при проектировании надёжных и устойчивых на грунте сооружений. Большую трудность для освоения также создают малые глубины рассматриваемых акваторий.

Автором работы анализировались современные тенденции освоения морских месторождений нефти и газа, достижения в области строительства промысловых сооружений, были получены консультации работников, занимающихся проектированием и строительством МНГС, изучались работы известных инженеров-конструкторов, строителей и учёных в области морского гидротехнического строительства [1, 26, 27, 28, 29, 30-35], среди которых: Г.А. Романчишин, Б.И. Ершов, к.т.н. Г.В. Грудницкий, к.т.н., проф. Р.И. Вяхирев, д.т.н. E.H. Беллендир, д.т.н. П.А. Трусков, д.т.н. С.И. Шибакин, д.т.н. П.П. Кульмач, д.т.н. М.Н. Мансуров, д.х.н., проф. Э.М. Мовсум-заде, д.т.н., проф. Б.Н. Мастобаев, д.ф.-м.н., проф. К.Н. Шхинек, д.т.н., проф. П.П. Бородавкин, д.т.н., проф. Д.А. Мирзоев, д.т.н., проф. Б.А. Никитин, д.т.н., проф. Ч.С. Гусейнов.

Заключение диссертации по теме «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых», Мусабиров, Антон Альфредович

Выводы по главе.

В данной главе были изложены все преимущества предлагаемого проекта нового технического и технологического решений. Освещены вопросы отрасли, требующие решения для успешного осуществления проекта, а также внесены некоторые предложения по развитию процесса освоения российского нефтегазового шельфа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Представлены новые технические и технологические решения, предлагаемые к использованию при освоении месторождений мелководного шельфа, расположенных в акваториях, замерзающих на длительный период. В качестве условий применения предлагаемых конструкций приняты месторождения Северо-Каменномысское и Каменномысское-море, расположенные на акватории Обской губы. Также были проанализированы существующие разработки в этой области и выявлены их недостатки при возможном применении в акваториях с подобными условиями эксплуатации.

2. Исходя из принятых условий применения, обоснованы основные массо-габаритные характеристики предлагаемой гидротехнической конструкции, а также плавучесть составных частей конструкции для обеспечения их доставки на плаву в точку установки. Разработаны конструктивные технические решения, ранее не применявшиеся в строительстве нефтегазодобывающих платформ, такие как система зацепления поворотного сменного верхнего строения, автоматическая система удифферентовки палубы, съёмная стальная защитная юбка опорного блока.

3. Проведен анализ всех потенциальных внешних воздействий на конструкцию в течение его расчетного периода эксплуатации. Определено, что наиболее опасной нагрузкой, вызывающей опрокидывание и сдвиг платформы, является ледовое воздействие. С целью обеспечения безопасности сооружения выполненными расчетами установлены пределы сохранения устойчивости конструкции без свайного закрепления при максимальной величине ледовой нагрузки и неблагоприятном сочетании с другими видами нагрузок. Обоснована работоспособность сооружения в суровых условиях эксплуатации акваторий арктических месторождений, замерзающих на длительный период.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мусабиров, Антон Альфредович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Гусейнов Ч.С. Освоение углеводородных ресурсов Северного Ледовитого океана - ближайшая и неотложная перспектива// Бурение и нефть.- 2012. -№1.

2. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения: учебник для вузов. Часть 1. Конструирование. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2006.

3. Мусабиров A.A., Гусейнов Ч.С. Ледостойкая самоподъёмная платформа для замерзающего мелководья// Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов IX-й Всероссийской научно-технической конференции. Часть II. Секции 5-10. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012. - С. 60-61.

4. Мусабиров A.A. Выбор опорного основания морской буровой платформы для замерзающего мелководья акватории Обско-Тазовской губы// Современное состояние естественных и технических наук: Материалы VI Международной научно-практической конференции (20.03.2012). - М.: Издательство «Спутник +», 2012. - С. 153-155.

5. Мусабиров A.A. Морская стационарная платформа на моноопорном основании для освоения месторождений акватории Обско-Тазовской губы// Сборник тезисов 66-й Международной молодёжной научной конференции «Нефть и газ - 2012». - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012. - С. 27.

6. Гусейнов Ч.С., Мусабиров A.A. Освоение мелководных нефтегазовых месторождений арктического шельфа с использованием ледостойкой стационарной платформы на моноопоре// Современные технологии освоения месторождений углеводородов на суше и море: Сборник тезисов Международной научно-технической конференции «ГЕОПЕТРОЛЬ - 2012». - Польша, Краков: Drukarnia Goldruk, Nowy S^cz, 2012. - С. 851-852.

7. Международный стандарт ISO/FDIS 19906:2010(E) "Petroleum and natural gas industries - Arctic offshore structures".

8. Мусабиров A.A. Проектирование морской ледостойкой самоподъёмной платформы для замерзающего мелководья// Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. Сборник научных статей по проблемам нефти и газа. - 2012. - №1. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. - С. 60-66.

9. Холодилов В.А. Геология, нефтегазоносность и научные основы стратегии освоения ресурсов нефти и газа Баренцева и Карского морей: дис. д.г.-м.н. - М., 2006.

10. ДА. Мирзоев, М.Н. Мансуров, В.М. Глонти, Н.Э. Ибрагимов, Ф.М. МакАтамни. Концепция обустройства газовых месторождений Обской и Тазовской губ// Наука и техника в газовой промышленности. - 2007. - №4.

11. Круглов C.B. Новое техническое решение по самоподъёмной плавучей буровой установке (СПБУ): дис. маг. техники и технологии. - М., 2010.

12. Мовсум-Заде Э.М., Б.Н. Мастобаев, Ю.Б. Мастобаев, М.Э. Мовсум-Заде. Морская нефть. Развитие технических средств и технологий. (Под ред. A.M. Шаммазова). - СПб.: Недра, 2005.

13. Буслов В.М., Крэл Н.У. Проекты разработок и эксплуатации арктических месторождений// Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. - 1983.

14. Гусейнов Ч.С., Иванец В.К., Иванец Д.В. Обустройство морских нефтегазовых месторождений: Учебник. - М.: ГУЛ Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.

15. Агагусейнов Ю.А., Вишневская Э.Л., Кулиев И.П. и др. Самоподъёмные плавучие буровые установки. -М.: Недра, 1979.

16. Шеховцов В. А. Обоснование прочности и устойчивости трубобетонных конструкций опорных блоков морских стационарных платформ при квазистатических и периодических внешних воздействиях: дис. докт. техн. наук. - М., 2010.

17. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП). - СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства, 2012.

18. СНиП 2.06.01-86. "Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования". - М.: Государственный строительный комитет, 1987.

19. Гусейнов Ч.С., Мусабиров A.A. Ледостойкая самоподъёмная платформа для замерзающего мелководья и способ последовательного монтажа сменных палуб// Бурение и нефть. - 2012. - №10. - М.: ООО «Медиа Гранд». -С. 18-20.

20. ВСН 41.88. "Проектирование ледостойких стационарных платформ". -М.: ВНИИПИморнефтегаз, 1988.

21. СП 38.13330.2012. "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*". - М.: Министерство регионального развития Российской Федерации, 2011.

22. Афанасьев В.П. Разработка и совершенствование методов расчета нагрузок на вертикальные сооружения шельфа от морских ледовых образований: дис. докт. техн. наук. - М., 2007.

23. Симаков Г.В., Шхинек К.Н., Смелов В.А., и др. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. - JL: Судостроение, 1989.

24. "Сахалин Энерджи" 2006 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sakhalinenergy.ru/ru/default.asp (дата обращения 11.09.2012).

25. Владимиров С. Центр притяжения - Арктика// Финансовый контроль. -2011.-№11.-С. 19.

26. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения: учебник для вузов. Часть 2. Технология строительства. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2007.

27. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Издательство Академии горных наук, 1999.

28. Бородавкин П.П. Механика грунтов: учебник для вузов. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2003.

29. Грудницкий Г.В., Грудницкий C.B., Егоров С.И., Мамутов Р. Морские нефтегазовые точечные причалы. - М.: Издательство "Энерджи Пресс", 2011.

30. Беллендир E.H. Научное обоснование проектирования гравитационных опорных блоков морских ледостойких платформ и их сопряжения с грунтовым основанием: дис. докт. техн. наук. - СПб., 2006.

31. Трусков П. А. Ледотехнические аспекты создания объектов обустройства морских месторождений нефти и газа. (На примере Охотского моря): дис. докт. техн. наук. - Оха, 1996.

32. Шибакин С.И. Научно-методические основы создания ледостойких гравитационных платформ для освоения нефтегазовых ресурсов шельфа: дис. докт. техн. наук. -М., 1999.

33. Кульмач П.П. Гидродинамика гидротехнических сооружений (основные плоские задачи). -М.: Издательство АН СССР, 1963.

34. Адамянц П.П., Гусейнов Ч.С., Иванец В.К. Проектирование обустройства морских нефтегазовых месторождений. — М.: ООО "ЦентрЛитНефтеГаз", 2005.

35. Гусейнов Ч.С. Словарь морских нефтегазопромысловых терминов. -М.: Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006.

36. Ким С.Д. Определение интенсивности износа морских конструкций от истирания дрейфующим ледяным покровом для условий Обской и Тазовской губ// Освоение морских нефтегазовых месторождений: состояние, проблемы и перспективы. Сб. науч. тр. - М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2008. - с. 168-179.

37. Рабкин В.М., Мирзоев Ф.Д., Караев И.П. Основные факторы, влияющие на возможность применения подводной технологии в условиях арктического шельфа России.// Освоение морских нефтегазовых месторождений: состояние, проблемы и перспективы. Сб. науч. тр. - М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2008.-с. 110-117.

38. Онищенко Д.А., Ибрагимов И.Э., Назёров В.М. Риски, связанные с применением подводных технологий при освоении мелководных морских месторождений Обской и Тазовской губ.// Освоение морских нефтегазовых месторождений: состояние, проблемы и перспективы. Сб. науч. тр. - М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2008. - с. 180-197.

39. Международная заявка WO 02/063106. A method for installing submerged oil and gas wells, and apparatus for the same. Applicant: FMC Kongsberg Subsea AS, 2002.

40. Рабкин B.M., Басарыгин М.Ю., Мансуров M.H., Греков C.B., Бъерке X., Херне С. Использование подводных добычных комплексов на арктическом шельфе в условиях малых глубин.// Освоение морских нефтегазовых месторождений: состояние, проблемы и перспективы. Сб. науч. тр. - М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2008. - с. 341-351.

41. Parshall J. Evolving Subsea Technology Tackles Huge New Riscks of Today's Projects. Journal of Petroleum Technology. - May 2008. - P. 40-47.

42. Дутов A.B., Апполонов E.M., Тимофеев О.Я., Шинкаренко O.B. Инновационные решения для арктического шельфа России// Труды IV-й международной конференции "Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток", - М., 2012.

43. Шибакин С.И., Шибакин P.C., Булавин В.Д. Функциональные мобильные установки для условий мелководного шельфа замерзающих морей// Состояние и перспективы освоения морских нефтегазовых месторождений. Сб. науч. тр. - М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2003. - с. 231-238.

44. Ленский В.Ф. Особенности проектирования морских шельфовых сооружений (опыт ЦКБ "Коралл")// Труды 7-й международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа СНГ. - СПб., 2005.

45. Кутычкин Б.К., Федоровский Ю.Ф., Кульпин Л.Г., СимоновЮ.А. Концепция освоения Медынско-Варандейского лицензионного участка в Печорском море// Труды 7-й международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа СНГ. - СПб., 2005.

46. Шибакин С.И., Рогачко С.И. Нагрузки и воздействия на морские нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения. - М.: ООО "Газпром экспо", 2010.

47. СТО Газпром 2-3.7-29-2005 "Методика расчета ледовых нагрузок на ледостойкую стационарную платформу". - М.: Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - "ВНИИГАЗ", 2005.

48. Мусабиров A.A. Разработка нового технического решения для освоения месторождений акватории Обско-Тазовской губы// Сборник тезисов 67-й

Международной молодёжной научной конференции «Нефть и газ - 2013». -М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012. - С. 57.

49. СП 58.13330.2012 "Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003". - М.: Министерство регионального развития Российской Федерации, 2011.