авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка и исследование применимости новой конструкции ледостойких платформ на мелководном арктическом шельфе

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МУСАБИРОВ АНТОН АЛЬФРЕДОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛЕДОСТОЙКИХ ПЛАТФОРМ НА МЕЛКОВОДНОМ АРКТИЧЕСКОМ ШЕЛЬФЕ

Специальность: 25.00.18 – «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых».

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина» (ФГБОУ ВПО «РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина»)

Научный руководитель – Гусейнов Чингиз Саибович, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты – Финагенов Олег Михайлович, доктор технических наук, профессор, зам. директора центра «Морские месторождения нефти и газа» ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Тазов Денис Николаевич, кандидат технических наук, ст. менеджер Управления морских нефтегазовых проектов ОАО «Лукойл»

Ведущая организация – ДАО ЦКБН ОАО «Газпром»

Защита диссертации состоится « » 2013 г. в часов минут на заседании диссертационного совета Д 511.001.01, созданного на базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан: « » 2013 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор геолого-минералогических наук Соловьёв Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основные ресурсы углеводородов континентального шельфа России, содержащие более 80 млрд т условного топлива, располагаются в акваториях морей Северного Ледовитого океана и эстуариях впадающих в них рек.

Согласно Программе работ ОАО «Газпром» на шельфе до 2030 года, первоочередными объектами освоения являются газовые месторождения Приямальского шельфа (Харасавейское, Крузенштернское), а также месторождения Обской и Тазовской губ (Северо-Каменномысское, Каменномысское-море и др.).

Освоение месторождений этого региона, несмотря на относительно небольшие глубины воды и расстояния от берега, представляется весьма сложным из-за тяжелых гидрометеорологических условий (в особенности, ледовых) и слабой несущей способности донных грунтов.

В этой связи, тема диссертации, направленная на создание новых конкурентоспособных конструкторско-технологических решений для освоения месторождений мелководных акваторий арктического шельфа, замерзающих на длительный период, является важной и актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции морской нефтегазовой платформы и исследование условий её применимости в перспективных районах мелководной части акваторий Карского моря, Обской и Тазовской губ для эффективного освоения месторождений арктического шельфа.

Основные задачи работы включают:

– анализ существующих технических средств освоения морских месторождений углеводородов, применяемых в мелководных акваториях арктических морей;

– разработку проекта новой конструкции ледостойкой стационарной морской платформы для мелководных акваторий замерзающего шельфа, обоснования его основных массо-габаритных характеристик и возможностей изготовления с применением новых технологий;

– исследования надежности и устойчивости предлагаемой конструкции платформы в природно-географических условиях эксплуатации акваторий Обской и Тазовской губ;

– разработка предложений по дальнейшей реализации проекта.

Научная новизна работы

Разработан концептуальный проект новой конструкции ледостойкой стационарной платформы для использования на мелководном шельфе при освоении нефтегазовых месторождений арктических морей, состоящей из донной балластируемой плиты с широко развитой поверхностью, цилиндрического моноопорного блока и последовательно сменяемых верхних строений. Конструкция позволяет осуществлять круглогодичную разработку мелководных месторождений в условиях короткого навигационного периода (1,5–2,0 месяца).

Результатами проведенных исследований обоснована возможность использования и эксплуатации предлагаемой конструкции сооружения на замерзающем мелководном арктическом шельфе (в Обской и Тазовской губах).

Предложены новые конструктивные решения и технологии для использования в будущих проектах морских нефтегазовых сооружений со схожими условиями эксплуатации, включающие конструкцию поворотного сменного верхнего строения, автоматическую систему удифферентовки и съёмную стальную защитную юбку.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

– концептуальный проект нового технического и технологического решений – конструкция морской самоподъёмной ледостойкой стационарной платформы для замерзающего мелководья и способ её эксплуатации путём последовательного монтажа на опорный блок платформы трёх сменных палуб различного назначения (строительно-монтажного, бурового и эксплуатационного), каждая из которых выполняет определённую функцию;

– обоснование применимости и работоспособности предлагаемых решений, а также рекомендаций по эффективной реализации проектов в заданных условиях эксплуатации;

– обоснование преимуществ новых решений, достигаемых (по сравнению с существующими конструктивными решениями) при реализации предложения: ускоренный ввод в эксплуатацию и эффективная круглогодичная разработка месторождений за счёт оригинальной конструкции опорной части и смены палуб, освоение множества месторождений с использованием однажды произведённых конструкций и оборудования, малый вес изготавливаемых конструкций.

Методы работы

При решении поставленных в диссертации задач использовались аналитические и численные методы расчетов, а также российские и зарубежные нормативные документы.

Практическая ценность работы

Результаты диссертационной работы обосновывают технически реализуемый вариант обустройства месторождений, расположенных в мелководных акваториях арктического шельфа с помощью платформ новой конструкции, предложенных автором;

Применение способа последовательного монтажа сменных палуб представляется экономически эффективным при обустройстве месторождений с помощью стационарных платформ самоподъёмного типа на замерзающих и незамерзающих акваториях морей РФ.

Апробация работы

На новое техническое решение подана Заявка на изобретение №2011149365 от 05.12.2011 “Самоподъёмная платформа для замерзающего мелководья” и получено положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ.

Основное содержание диссертации было представлено на следующих конференциях:

– IX Всероссийская научно-техническая конференция “Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России”, 2012;

– VI Международная научно-практическая конференция “Современное состояние естественных и технических наук”, 2012;

– 66-я Международная молодёжная научная конференция “Нефть и газ – 2012”;

– Международная научно-техническая конференция “ГЕОПЕТРОЛЬ – 2012” на тему: “Современные технологии освоения месторождений углеводородов на суше и море”, (Польша);

– 67-я Международная молодёжная научная конференция “Нефть и газ – 2013”.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и библиографического списка. Работа изложена на 119 страницах, содержит 41 рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает 49 наименований.

Благодарности

Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Ч.С. Гусейнову за ценные советы при подготовке диссертации. Автор выражает благодарность д.т.н., проф. М.Н. Мансурову, к.т.н. О.А. Корниенко, Б.И. Ершову и С.В. Соломатину за ценные советы и консультации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко освещён опыт мировой и российской морской нефтегазодобычи, а также её перспективы, на основе чего сформулирована актуальность темы диссертационной работы и цель данной работы.

В первой главе описаны природно-климатические, гидрометеорологи-ческие и инженерно-геологические условия акватории Обской губы в предполагаемых районах эксплуатации месторождений Каменномысское-море и Северо-Каменномысское, а также представлены результаты анализа существующих проектов морских нефтегазовых сооружений (МНГС) и обоснования новой концепции стационарных ледостойких платформ применительно к принятому району их эксплуатации.

Газовые залежи месторождений характеризуются малыми глубинами залегания продуктивных залежей, а также низкими пластовыми давлениями, которые не обеспечивают длительные сроки бескомпрессорной добычи продукции.

Природные условия Обской и Тазовской губ характеризуются:

– низкими температурами воздуха и их большой внутригодовой и сезонной изменчивостью;

– туманами и осадками, значительным числом дней со штормовыми условиями;

– благоприятными условиями для атмосферного и брызгового обледенения инженерных сооружений, что существенно осложняет эксплуатацию сооружений.

Основными особенностями гидрологических условий являются:

– приливные изменения уровня моря и скоростей течений, сопровождающиеся штормовыми нагонами и сильным волнением;

– паводковые явления под значительным влиянием речного стока;

– длительное наличие ледового покрова и его временная изменчивость;

– существование припая с грядами торосов (стамух) и приливными трещинами, а также крупных ледовых образований: торосов и ледяных полей;

– навалы льда на берега, особенно на осушки и пляжи, наиболее вероятные в весенний период, когда у берега нет устойчивого припая; лед может выбрасываться на расстояние от десятков до сотен метров от уреза воды;

– экзарация дна ледовыми образованиями; пропахивание дна килями дрейфующих торосов характерна для всех мелководных (менее 20 м) акваторий.

Инженерно-геологические условия морского дна на акваториях месторождений характеризуются как сложные. Мощность слабых глинистых грунтов, залегающих первыми от поверхности, изменяется от 9,0 м до 18,0 м.

Был исследован опыт использования различных типов (насыпных, гравийных, песчаных и др.) островов, применимость которых на шельфе Карского моря представляется нецелесообразной, как по экологическим, так и техническим причинам.

В мировой практике широко применяются кессонные основания островного типа. Кессоны могут изготовляться из бетонных блоков, стальных конструкций с жесткой палубой или без нее. Жесткость и устойчивость тонкостенного кессона обеспечивается песчаным или грунтовым якорем. Для глубоководных месторождений разработан проект основания, состоящего из отдельных стальных кессонов. Также существуют примеры использования многоопорных железобетонных гравитационных оснований, таких как, например, установленные на шельфе о. Сахалин платформы “Лунская-А” (рис. 1 а) и “Пильтун-Астохская-Б”, или предложенной ЦКБ “Коралл” ледостойкой стационарной платформы (ЛСП) для месторождения Аркутун-Даги (рис. 1 б).

а б

Рис. 1. Ледостойкие платформы на многоопорном основании

Описанные выше варианты гравитационных платформ выдерживают огромные ледовые нагрузки, даже располагаясь при этом на значительной глубине. Но их применение на мелководных акваториях затруднительно из-за большой осадки опорного основания платформы при его доставке на точку установки.

Был рассмотрен “Концептуальный проект мобильной ледостойкой буровой установки (МЛБУ) для геологоразведочных работ и обустройства месторождений на мелководном шельфе арктических морей” разработки ФГУП “Крыловский государственный научный центр” (рис. 2).

Рис. 2. Схематичное изображение мобильной ледостойкой буровой установки

МЛБУ обеспечивает круглогодичное бурение эксплуатационных скважин с установкой подводного добычного комплекса на 8 эксплуатационных скважин в кессонном исполнении. Существенным недостатком данного средства разработки является ограниченное число размещаемых скважин.

С.И. Шибакиным, Р.С. Шибакиным, В.Д. Булавиным предложена ледостойкая конструкция со сменными модулями (рис. 3).

Рис. 3. Функциональные мобильные платформы

В предложенном решении вызывает критические замечания применимость данных платформ на мелководных акваториях, материалоёмкость МНГС, а также необходимость консервации скважин с подводным заканчиванием.

ФГУП “Крыловский государственный научный центр” разработал проект ледостойкого блок-кондуктора, схематично изображённый на рис. 4.

Данное МНГС предназначено для разработки месторождений углеводородов на замерзающих мелководных акваториях с глубинами до 4 м. Блок-кондуктор позволяет разбуривать скважины через буровые шахты с помощью СПБУ и обеспечивает последующую круглогодичную добычу углеводородов; отгружает пластовую продукцию через подводный трубопровод на обрабатывающую платформу или береговой комплекс.

Вызывает сомнение ледостойкость используемой СПБУ, которая должна проектироваться для определённых условий эксплуатации.

Рис. 4. Ледостойкий блок-кондуктор

Рассматривая применимость подводных технологий добычи для разработки месторождений на мелководье, представляют интерес патенты фирмы FMC Kongsberg Subsea AS по защите подводного добычного комплекса (ПДК) с использованием кессона, который опускается на определённую глубину в грунт и закрывается сверху защитной крышкой (рис. 5).

Рис. 5. ПДК с использованием заглубленного в грунт кессона

Несмотря на привлекательность круглогодичной подводной и подлёдной эксплуатации месторождений с использованием ПДК, данный способ добычи связан с рядом существенных трудностей. Основными факторами, существенно осложняющими использование подводных комплексов в условиях Обско-Тазовского региона, являются:

– отсутствие технических средств для бурения эксплуатационных скважин в период наличия ледяного покрова;

– опасность ледовой экзарации дна;

– серьезные трудности с доступом к подводным скважинам в ледовый период (проведение ремонтно-профилактических работ возможно только в короткий безлёдный период);

– в случае заглубления крышки кессона ниже уровня дна существенно осложняется доступ к подводным скважинам вследствие необходимости выполнения предварительных работ по удалению материала засыпки;

– необходимость проектирования кессона как ледостойкой конструкции в случае, когда его крышка в проектном положении находится на уровне дна или выше;

– необходимость обеспечения безопасной работы водолазов внутри кессона;

– необходимость оптимального резервирования подводного оборудования, устанавливаемого в кессон;

– необходимость решения вопроса о применении подводных многофазных насосов на этапе падающей добычи (уже имеются примеры успешной установки и эксплуатации подводных многофазных насосов).

Фактором, осложняющим реализацию концепции полностью подводного обустройства, является также необходимость установки компрессорных мощностей и сепарации газа либо в надводном, либо в подводном исполнении.

Обобщая анализ вариантов существующих конструкций для обустройства месторождений замерзающих акваторий, необходимо отметить, что все рассмотренные конструкции разработаны для конкретных условий эксплуатации и не существует универсальных решений для разных морей мира. В каждом случае проектные решения разрабатывались с учетом новейших технологий своего времени. Поэтому для мелководных акваторий Обской и Тазовской губ и Приямальского шельфа необходимы новые уникальные решения.

Для ускорения ввода месторождения в эксплуатацию в арктических условиях, повышения надёжности эксплуатации и технологической безопасности при проведении строительно-монтажных и буровых работ, при эксплуатации и обслуживании скважин и технологического оборудования, для упрощения монтажных работ при возведении сооружения на слабых грунтах мелководья, ускорения производства в целом и соответственно существенного уменьшения финансовых и трудовых затрат, концепция технического решения для замерзающего мелководья должна заключаться в последовательной смене функциональных палуб ледостойкой стационарной платформы.

Предлагаемое новое техническое решение конструкции МНГС состоит из трех основных частей:

– донной опорной стальной балластируемой плиты с широко развитой поверхностью, обеспечивающей хорошую плавучесть сооружения и надёжное закрепление на дне акватории;

– цилиндрического моноопорного блока, размещающего в себе стволы скважин и отсеки для хранения бурового инструмента и запасов;

– верхнего строения в виде трёх плавучих сменных палуб с U-образными вырезами по центру (для стыковки/расстыковки с опорным блоком), каждая из которых имеет определённое функциональное назначение.

Преимущества данного предложения заключаются в следующем.

1. Реализация технического решения повышает эффективность обустройства месторождения за счёт унификации платформ, выполняющих различные технологические операции.

2. В предлагаемом нами техническом решении не используется СПБУ, вследствие чего исключается необходимость обеспечения ее ледостойкости. Все технологические процессы ведутся с единственного опорного основания тремя сменными палубами, имеющими определённое функциональное назначение.

3. Относительно большой внешний диаметр опорного блока предоставляет возможность размещения в его корпусе запасов и бурового инструмента, а также обеспечивает повышенную безопасность персонала при проведении буровых работ.

4. Применение моноподного опорного блока в виде конструкции типа “труба в трубе”, с заполнением межтрубного пространства бетонной смесью, обеспечивает жёсткое сцепление системы стальных стенок через слой армированного бетона и существенно увеличивает жёсткость конструкции и исключает опасные вибрации верхнего строения МНГС.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.