Морские буровые платформы - чудеса инженерной мысли

Автор:

22 марта 2015 14:09

Метки: буровая интересно море платформы технологии факты

57179

Плавучие стальные острова с высотой двадцатиэтажного дома работают над водой на полуторакилометровой глубине по всему мировому океану, буря скважины протяженностью до 10 км, ища сокровища с помощью уникальных технологий.

Морские буровые платформы - чудеса инженерной мысли

Эти чудеса инженерной мысли утоляют мировую жажду топлива миллионам людей и их механизмам. Однако работники этих морских сооружений могут пострадать в любой момент. Здесь людям противостоит только железо, но оно не делает скидок. Так, когда чудовищный ураган в Мексиканском заливе, сшибая нефтяные платформы, на четверть сократил для США объемы добычи нефти. Экипажу этой огромной машины пришлось вновь вывести ее в море и ввести в эксплуатацию, чтобы бурить скважины в морском дне, совершив один из сложных инженерных подвигов, которые только можно вообразить.

В 240 км от побережья Луизианы в Мексиканском заливе, где глубина моря превышает 1600 м, без остановок работает плавучая фабрика - буровая платформа EVA-4000, принадлежащая компании Noble Jim Thompson. Это сооружение космической эры создано для поиска сокровища - нефти, двигателя современного мира, которому уже миллионы лет. Гигантская нефтяная платформа предназначена исключительно для ее поиска. Это одна из крупнейших мобильных морских платформ в мировой истории нефтедобычи.

Типы морских платформ:

- стационарная нефтяная платформа;
- морская нефтяная платформа, свободно закреплённая ко дну;
- полупогружная нефтяная буровая платформа;
- мобильная морская платформа с выдвижными опорами;
- буровое судно;
- плавучее нефтеналивное хранилище (FSO) - плавучее нефтехранилище, способное хранить нефть или хранить и отгружать на побережье;
- плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO) - плавучее сооружение, способное хранить, отгружать и добывать нефть;
- нефтяная платформа с растянутыми опорами (плавучее основание с натяжным вертикальным якорным креплением).

Одно морское месторождение может выдать за один день 250 тысяч баррелей нефти-сырца. Этого достаточно, чтобы наполнить бензобаки 2,5 миллионов автомашин. Но это лишь малая часть рыночных потребностей. Ежедневно по всему миру мы сжигаем до 80 миллионов баррелей нефти. И если ситуация не изменится, то следующих 50 лет потребность в энергетике удвоится.

На сегодняшний день в мировом океане существует всего 100 разведывательных буровых платформ. На постройку новой нефтяной платформы необходимо 4 года и 500 миллионов долларов США.

Самая большая в мире газодобывающая стационарная платформа «Troll A»

Палуба нефтяной платформы EVA-4000 это 10 баскетбольных площадок. Ее буровая вышка возвышается на 52 м, а ее корпус способен удерживать на плаву все ее 13600 тонн веса. Даже сегодня масштабы этого гиганта поражают воображение. А всего лишь каких-то 150 лет назад дни первой нефтяной скважины было невозможно представить.

В 1859 года Титусвилл, штат Пенсильвания, первая нефтяная вышка в истории обнаружила нефть всего в 21 м от поверхности Земли. С момента этой американской удачи поиски нефти охватили все континенты, кроме Антарктики. Десятилетиями скважины на суше удовлетворяли мировые потребности в топливе, но с их ростом многие нефтяные месторождения иссякли. И тогда компании принялись искать нефть в море, а именно в таких богатых водных просторах, как Мексиканский залив. В период с 1960 по 1990 год на мелководье недалеко от берега обосновались 4 тысячи нефтяных платформ.

Но потребности превышают резервы этого месторождения. Нефтяные компании стали отходить от берега все дальше и все глубже за континентальный шельф, опускаясь почти на 2400 метров. А инженеры сооружают морские гиганты, о которых никто, и мечтать не мог.

Нефтяная платформа EVA-4000 входит в число самых крупных и самых прочных буровых платформ нового поколения. Она проводит разведку в удаленных районах, разработка которых некогда считалась невозможной. Но за такую смелость приходиться платить суровую цену. В таких океанских далях этим сооружениям постоянно угрожает опасность - взрывы, сокрушение волн и самое опасное - ураганы.

В августе 2005 года ураган Катрина навис над горизонтом, а через несколько дней накрыл Новый Орлеан и опустошил побережье Мексиканского залива. Двадцать тысяч нефтяников с нефтяных платформ пришлось эвакуировать. Высота волн достигала 24 метра, а ветер дул со скоростью 274 км/час. Сорок восемь часов ураган свирепствовал над нефтеносными районами. Когда погода, наконец, наладилась, масштабы разрушений поразили нефтяников. Более 50 буровых платформ были повреждены или уничтожены, более десяти платформ, сорвало с якорей. Одну платформу отнесло к суше на 129 км, другая врезалась в подвесной мост в Мобиле, штат Алабама, а третью вынесло на берег, которая не подлежала восстановлению. В первые дни после урагана весь мир ощутил последствия урагана. Цена нефти мгновенно подскочила.

Нефтяная платформа в основном состоит из четырех компонентов, благодаря которым работает весь комплекс - корпус, якорная система, буровая палуба и буровая вышка.

Корпус представляет собой понтон, своего рода стальной спасательный круг с треугольным или четырехугольным основанием, которые поддерживает шесть огромных колон. Каждая секция наполнена воздухом, что позволяет удерживать наплаву все морское сооружение.

Над корпусом находится буровая палуба размерами больше футбольного поля. Она достаточно прочна, чтобы выдержать сотни тонн бурильных труб, несколько грузоподъемных кранов и полноразмерную вертолетную площадку. Но корпус и палуба это лишь сцена, где разыгрываются главные события. На высоте 15-этажного дома над буровой палубой возвышается буровая вышка, задачей которой является опускать (поднимать) к морскому дну бур.

В море всю конструкцию удерживает на месте якорная система, состоящая из 9 огромных лебедок по три на каждой стороне корпуса нефтяной платформы. Они крепко натягивают стальные швартовые тросы, заякоренные на океанском дне, и удерживающие платформу на месте.

Только представьте, какой механизм удерживает нефтяную платформу. Восьмисантиметровые стальные тросы, прикрепленные к цепям со звеньями крупнее человеческой головы. Стальной трос находится на верхнем конце растяжки, он разматывается и наматывается лебедкой на палубе. На нижнем конце растяжки находится стальная цепь, которая намного тяжелее троса, что добавляет вес в совокупности с якорями. Одно звено цепи может весить 33 кг. Стальные якорные тросы такие прочные, что способны противостоять совокупной силе пяти самолетов Боинг-747. На конце каждой цепи крепится якорь типа Брюс, весом 13 тонн и шириной 5,5 м. Его острые лапы зарываются в морское дно.

Несамоходные морские нефтяные платформы перемещают в районы нефтяных месторождений с помощью буксиров со скоростью 6 км/час. Но чтобы найти нефтяные отложения, геологи освещают морское дно звуковыми волнами, получая эхолокационный снимок каменных пластов, которые затем превращается в трехмерное изображение.

Однако, несмотря на высокие ставки - результат никто не гарантирует. Никто не может сказать, что он нашел нефть, пока она не плинет со скважины.

Бурильщикам нужно видеть дно, чтобы знать, что бур попал в цель и контролировать работу. Специально для этой цели инженеры создали аппарат на дистанционном управлении (АДУ), который способен выдерживать давление 140 кг на куб. см. Данный подводный робот, созданный для работы там, где человек не может выжить. Бортовая видеокамера передает изображение из холодных темных глубин.

Для бурения команда собирает бур секционно. Каждая секция имеет высоту 28 метров и состоит из железных труб. Например, нефтяная платформа EVA-4000 способна соединить максимум 300 секций, что позволяет углубиться в земную кору на 9,5 км. Шестьдесят секций в час, с такой скоростью опускают бур. После сверления бур вынимается для запечатывания скважины, чтобы нефть не вытекала в море. Для этого на дно опускают противовыбросовое оборудование или превентор, благодаря которому ни одно вещество не покинет скважину. Превентор высотой 15 м и весом 27 тонн снаряжен контрольным оборудованием. Он действует как огромная втулка и способен за 15 секунд перекрыть нефтяной поток.

Когда нефть найдена, нефтяная платформа может перемещаться в другое место для поиска нефти, а на ее место прибывает плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO), которая выкачает нефть из Земли и отправит ее на нефтеперерабатывающие заводы на берегу.

Нефтедобывающая платформа может стоять на якоре десятилетиями, невзирая на любые сюрпризы моря. Ее задача извлекать нефть и природный газ из недр морского дна, отделяя загрязняющие элементы и отправляя нефть и газ на берег.

Строители нефтяных платформ издавна пытались решить вопрос как удержать этих морских гигантов стабильно на якорях во время шторма, там, где до дна сотни метров воды. И, вот морской инженер Эд Хортон нашел гениальное решение, на которое его вдохновила служба на подводной лодке ВМС США. Инженер придумал альтернативу типичным нефтяным платформам. Платформа типа Spar состоит из лонжерона (цилиндра) большого диаметра, к которому прикрепляется буровая палуба. Цилиндр имеет основной вес в нижней части лонжерона, заполненного материалом, который плотнее воды, что снижает центр тяжести платформы и обеспечивает стабильность. Успех первой в мире платформы типа Spar системы «Нептун» ознаменовало начало новой эпохи для глубоководных нефтяных платформ.

Плавучие нефтяные платформы с лонжероном под водой, простирающимся до 200 метров фиксируется к морскому дну посредством специальной системы швартовки (свай), которые врезаются в морское дно на 67 м.

Со временем нефтяные платформы типа Spar также получили модернизацию. Первая плавучая нефтяная платформа имела цельный корпус, но теперь лонжерон цельный только до половины своей длины. Его нижняя секция представляет собой сетчатую структуру с тремя горизонтальными пластинами. Вода задерживается между этими пластинами, создавая жидкий цилиндр, помогая стабилизировать всю конструкцию. Эта гениальная идея позволяет удерживать больший вес с использованием меньшего количества стали.

На сегодняшний день нефтяные платформы типа Spar являются основным видом плавучих нефтяных платформ, которые используются для бурения нефти в очень глубоких водах.

Самой глубоководной плавучей нефтяной платформой в мире, работающей на глубине около 2450 метров в Мексиканском заливе является «Perdido». Ее владелец нефтяная компания Shell.

Одна буровая платформа ежедневно добывает нефти на 4 миллиона долларов США. Для круглосуточного контроля требуется всего 24 рабочих, а всю остальную работу выполняют машины. Они извлекают из камня нефть-сырец и отделяют природный газ. Излишки газа сжигаются. Сто миллионов лет нефть казалось недоступной человеку, но теперь технологии 21 века устремились в объятия цивилизации. Обширные сети трубопроводов на морском дне доставляет нефть в перерабатывающие центры на побережье. Когда все идет как надо, добыча нефти и газа рутинна и неопасна, но катастрофа может произойти в мгновении ока и тогда эти супер платформы превращаются в смертоносное пекло.

Так в марте 2000 года наступила новая эра глубоководных нефтедобывающих платформ. Бразильское правительство ввело в строй самую крупную из всех «Petrobras-36». Начав функционировать, нефтяная платформа должна будет добывать 180 тысяч баррелей нефти ежесуточно, работая на глубине до 1,5 км, но через год она стала «Титаником» среди морских платформ. 15 марта 2001 года в 12 часов ночи утечка природного газа из-под распределительного вентиля одной из опорных колон привела к серии мощнейших взрывов. В результате чего платформа накренилась на 30 градусов от поверхности Атлантического океана. Практически всех нефтяников удалось спасти аварийно-спасательными средствами, но 11 из них так и не удалось найти. Через 5 дней нефтяная платформа «Petrobras-36» ушла под воду на глубину 1370 метров. Так было потеряно сооружение стоимостью полмиллиарда долларов. Тысячи галлонов нефти-сырца и газового топлива вылились в океан. Прежде чем платформа затонула, рабочие смогли закупорить скважину, предотвратив крупную природную катастрофу.

Но судьба стального морского гиганта «Petrobras-36» напоминает риски, на которые мы идем, уходя в погоне за черным золотом все дальше и дальше от побережья. Ставки в этой гонке невозможно подсчитать, а скважины представляют собой угрозу для окружающей среды. Крупные разливы нефти способны уничтожить пляжи, губить заболоченные заводи, уничтожать флору и фауну. А очистка местности после подобной катастрофы обходится в миллионы долларов и годы труда.

Ссылки по теме: