Технология. освоения морских, месторождений., полезных, ископаемых
Космачев К.А., соискатель (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) Каминский В. В.
(ООО «Технологические системы защитных покрытий»)
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОПОРНЫХ БЛОКОВ
МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ
В последние годы наметилась тенденция смещения основной доли добычи нефтегазовых ресурсов с сухопутных на морские и шельфовые месторождения. Морские стационарные нефтегазовые сооружения следует рассматривать как источники повышенной опасности, как для обслуживающего месторождения персонала, так и окружающей среды. Неуклонное увеличение количества разрабатываемых морских и шельфовых месторождений, а также дальнейшей транспортировки добываемых на них ресурсов, по-новому ставят проблему обеспечения безопасности на этих производствах. Особенно остро встает проблема безопасной эксплуатации морских нефтегазовых сооружений (МНГС), так как их эксплуатация запланирована вплоть до достижения ими предельных состояний, что существенным образом повышает риск возникновения аварийной ситуации. Аварии на МНГС сопровождаются экологическими бедствиями и катастрофами, характеризующимися различными воздействиями на гидросферу, грунт и др. Кроме того, нельзя не учитывать воздействие аварий МНГС и в социальной сфере. Аварии могут быть вызваны различными причинами, однако все они лежат за пределами превышения нормативных нагрузок, некорректной оценке фактического состояния морских нефтегазовых сооружений и отсутствии инновационных решений, позволяющих повысить стойкость МНГС к внешним воздействиям. При проектировании МНГС стараются учесть возможность возникновения аварийных ситуаций, представляющих опасность для людей и окружающей среды, либо свести к минимальным значениям риск наступления таких ситуаций. При этом производятся расчеты как для режимов нормальной эксплуатации, предусмотренной проектом, так и для экстремальных, характеризуемыми максимальными значениями нагрузок. Так, например, при проектировании МСП-2 Голицын-ского ГКМ на шельфе Черного моря, расчет нагрузок производится для случаев экстремального ветрового и волнового воздействия с периодом повторяемости один раз в 100 лет при значениях ветрового давления 156 кг/м2 и значениях волновой нагрузки 413,5 тс. В то время, как нормальный режим эксплуатации предусматривает максимальное ветровое давление 94 кг/м2 и значениях волновой нагрузки 117,5тс. Т.е. даже при экстремальных режимах эксплуатации платформа должна устоять. Однако, авторы считают, что главной ошибкой проектировщиков является неучет фактического состояния платформы, а, главное, величины накопленного повреждения. По нашим расчетам, которые опубликованы ранее, данная платформа может не выдержать экстремального режима эксплуатации, т. к. за весь срок ее службы она неоднократно подвергалась значительному коррозионному и температурно-силовому воздействию. По нашему мнению, только своевременная диагностика этой платформы и выявление наиболее существенных дефектов позволит добиться безопасности ее эксплуатации и предотвратить возникновение аварийной ситуации. Поэтому вопрос относительно ее дальнейшей безопасной эксплуатации остается открытым. Особую роль в обеспечении безопасности МНГС играет ее способность сохранять свою устойчивость при аварии- т. е. так называемая живучесть конструкции. При проектировании МНГС изначально параметры
платформы выбираются таким образом, чтобы ее устойчивость не была потеряна, а наиболее значимые элементы сохраняли целостность в процессе и после возникновения аварийной ситуации. Рассмотрим причины возникновения аварийных ситуаций на морских нефтегазовых сооружений. На первое место среди этих причин по числу аварийных ситуаций выходит так называемый «человеческий фактор». Сюда относятся: неудовлетворительное проектирование; повреждения элементов МНГС при изготовлении, транспортировке и строительстве; превышение максимального предела нагрузки от навала судов; повреждения от аварий технологического оборудования; неправильная эксплуатация МНГС. Остальные причины аварийности МНГС имеют приблизительно одинаковую частоту и их можно группировать следующим образом: природно-климатические: размыв дна; осадка платформы; осадка сооружения с окружающим грунтом; разжижение грунта; сейсмические нагрузки (удары); давление ледовых полей; удар айсберга или стамухи. Прочностные (техническое состояние конструкций): трещины (малоцикловые, хрупкие, надрыв и т. д.); напряженно-деформированное состояние; утонение элементов (коррозия, износ и т.д.); потери формы элементов (от удара, коррозии и т.д.); накопление повреждений. Вышеперечисленные причины аварийности являются общепризнанными. Однако, список причин аварий на МНГС, по мнению авторов, на этом не заканчивается. Участвуя в различных экспедициях по обследованию морских платформ, а также газопроводов высокого давления, к.т.н. Староконь И.В. при участии Каминский В.В. было сформировано новое понимание причин разрушения морских нефтегазовых сооружений. В частности, было установлено, что ни в проектной документации, ни в нормативной, совершенно не учитывается влияние циклических температурных воздействий. Размах колебаний температур в течение суток на некоторых месторождениях достигает 15-20 градусов Цельсия, а при смене времен года может достигать и 70 градусов Цельсия. Циклическое чередование нагрева с последующим охлаждением, как известно, приводит к росту усталостной трещины, а при совместном действии нагрузок (ветровых, волновых и т. д.) скорость ее роста значительно увеличивается. Как показали события лета 2010г, аномальное увеличение температуры всего лишь на 10-15 градусов от нормы привел к значительному росту аварийности на металлоконструкциях. Так например, при температуре +35 градусов Цельсия, не выдержав температурно-силового воздействия, с рельсов сходили трамваи в г.Москве и г.Туле, в С.-Петербурге разрушился подаренный Французским правительством памятник, т.к. в нем не были учтены температурные зазоры. И таких примеров достаточно много. Все те же явления происходят на морских и шельфовых месторождениях, однако применительно к МНГС никогда не изучались. Кроме того, совершенно не изучено влияние явления вибрации на повреждаемость конструктивных элементов МНГС. А между тем, на некоторых платформах (например, МСП-2 и МСП-4 Голицынского ГКМ) вибрация такова, что находясь на платформе очень сложно удержать равновесие. Это обусловлено как различными переменными нагрузками, так и срывом вихрей, возникающих при обтекании конструктивных элементов морских сооружений установившемся потоком (ветровым или гидравлическим), а также вибрациями от работающего оборудования. Не существует ясности относительно коррозионного разрушения, т. к. наибольшему коррозионному поражению подвержена зона переменного смачивания (40 процентов износа), в то время как износ подводной части конструкций составляет всего 10-15 процентов. Самой же большой сложностью является отсутствие единого нормативного документа, который бы регламентировал оценку фактического состояния МНГС. Экспертные комиссии совместно с проектными организациями при оценке безопасности морских нефтегазовых сооружений руководствуются собственными соображениями, часто расходящимися. Поэтому одной из задач, которые ставят перед собой авторы, является разработка единой методики оценки фактического состояния МНГС. При разработке этой методики планируется ввести неучитываемые ранее факторы, негативно влияющие на ресурс морских нефтегазовых сооружений. Так например, изучено влияние температурно-силового воздействия на конструктивные элементы МНГС. На уста-
новке термоциклирования произведены опыты на изучение стойкости используемых при строительстве МНГС сталей (марок Ст 20, Ст 3 и др.), в результате чего были получены новые научные данные о скорости роста трещины на МНГС (0, 945 мм/год для Ст 20, и 0,831мм/год для Ст 3). Вторичным, но не менее важным результатом такой работы будет определение оптимальной марки стали для строительства МНГС из соотношения безопасность/экономическая эффективность.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.