Строительство плавучих технических средств для освоения морских месторождений нефти и газа началось в основном в 50-х годах с создания буровых платформ. Интенсификация изучения нефтяных и газовых месторождений в море относится к концу 60-х годов, когда были открыты большие запасы нефти и газа в Северном море. В 70-х годах резкое увеличение мировых цен на нефть и газ позволило говорить о конкурентоспособности морских нефтегазовых месторождений, для освоения которых требуются большие капитальные затраты и значительно более дорогая техника, чем при разработке сухопутных месторождений. Затраты на бурение на глубинах моря 20—30 м примерно в 2 раза превышают аналогичные затраты на суше, на глубине 50 м стоимость бурения возрастает в 3—4 раза, а на глубине 200 м—уже в 6 раз. Существенно выше и затраты на прокладку подводных трубопроводов (в 1,5—3 раза) для транспортировки нефти на берег, а также стоимость постройки нефтехранилищ на морских месторождениях (в 4—8 раз).

Однако несмотря на столь высокие затраты объем добычи нефти и газа в море постоянно увеличивается, что можно объяснить истощением старых сухопутных месторождений, необходимостью осваивать новые в труднодоступных и малоосвоенных районах.

Имеющиеся данные показывают, что мировые разведанные запасы нефти составляют 85—90 млрд. т., в том числе морские 19—20 млрд. т. К настоящему времени в море добыто около 3,5 млрд. т. нефти, что составляет менее 10% от общего количества добытой нефти (46 млрд. т.), при этом необходимо учитывать, что нефтедобыча в море проводится примерно 25—30 лет, а на суше— 100 лет. Ежегодная доля морской добычи нефти постоянно, увеличивается и составляет около 20%, а к 1985 г. она достигнет 30—50% от общего количества нефти, потребляемого всеми странами.

Развертывание работ по добыче нефти в море потребовало постройки большого количества технических средств, принципиально отличающихся от традиционных. В состав комплекса средств, которые необходимы для освоения морских месторождений нефти и газа, в основном входят:
— буровые платформы и суда для поисково-разведочного бурения;
— станционарные платформы для бурения эксплуатационных скважин;
— средства для прокладки подводных нефтепроводов; специализированные баржи для доставки секций стационарных платформ к месту монтажа; краново-монтажные суда; суда снабжения буровых платформ; специальные хранилища добытой нефти.

Эти средства в связи с постоянным расширением районов континентального шельфа, где ведется бурение, совершенствуются и видоизменяются, улучшаются их технико-эксплуатационные характеристики. Рост объемов добычи нефти и газа в море, а следовательно, и буровых работ приводит в первую очередь к увеличению числа буровых платформ и судов. По оценке зарубежных специалистов, чтобы обеспечить ожидаемый темп роста морской добычи нефти к 1985 г. потребуется ежегодно строить до 40 буровых платформ и судов, что приведет к загрузке 50% производственной мощности судостроительных предприятий. Уже в настоящее время строительством подобных технических средств занимаются 55 фирм из 15 зарубежных стран, в том числе в США — 18, Японии — 7, ФРГ и Сингапуре — по 4, Великобритании, Норвегии, Канаде, Австралии — по 3, в Финляндии — 2.

Сегодня общей тенденцией можно считать создание буровых платформ и судов, приспособленных для работы в глубоководных районах, а также в сложных гидрометеорологических условиях. Вследствие этого происходит усложнение конструкции и рост стоимости сооружений.

Технические средства, с которых выполняется бурение в море, имеют одну особенность — они отличаются высокой степенью стабилизации над устьем скважины при воздействии волнения, ветра и течений. Такая стабилизация может быть достигнута при жестком сцеплении конструкции с грунтом. Первоначально бурение проводили на глубинах до 30—40 м, поэтому использовались буровые платформы погружного типа, имеющие вертикальные цилиндрические колонны, в нижней части которых размещены балластные цистерны. После заполнения балластных цистерн платформа становилась на грунт, причем высота колонн позволяла располагать верхнюю площадку над поверхностью воды на высоте, предотвращающей удары волн о площадку. Остойчивость буровой платформы в процессе погружения создавалась за счет площади ватерлинии цилиндрических колонн. После окончания работ балластные цистерны осушались, погружная платформа всплывала и транспортировалась в новую точку.

Погружные платформы просты в эксплуатации, однако их применение возможно только при ограниченных глубинах, так как увеличение их высоты приводит к усложнению технологии постройки и вызывает трудности при обеспечении остойчивости во время транспортировки и погружения в точке работ. Кроме того, для их успешной эксплуатации необходима точная информация о характере грунта и глубине моря. При длительной стоянке на грунте возможно засасывание нижних концов опор, а также вымывание грунта под действием течений, что может привести к аварии.

Погружные платформы строились в основном до 1960 г., и в настоящее время н эксплуатации находится всего 22 единицы. Самой большой из всех погружных платформ является плат-фор ма «Кермак-54» американской компании «Трансуорд Дрил-линг». Она может работать на глубинах до 53 м, имеет высоту 63 м при диаметре колонн 9,1 ми площади палубы 2800 м2.

В последние годы строились погружные платформы для работы вблизи побережья в Мексиканском заливе и у Африканского побережья на глубинах не более 10 м.

Стабилизация за счет установки на грунт достигается также и на самоподъемных буровых платформах. Их отличительной конструктивной особенностью является перемещение опорных колонн относительно понтона. Остойчивость самоподъемной платформы обеспечивается в процессе транспортировки и при погружении опор с помощью понтона. После задав-ливания опор в грунт понтон поднимается над поверхностью воды до высоты, позволяющей избегать ударов волн о его днище.

Размеры и конструкцию самоподъемных платформ выбирают, исходя из следующих условий:
— необходимости размещения бурового оборудования, технологических запасов и жилых помещений;
— создания достаточной устойчивости на грунте при воздействии расчетного ветра, волнения и течения;
— обеспечения остойчивости непотопляемости при транспортировке с максимально поднятыми опорами;
— создания необходимой дополнительной плавучести при притапливании понтона для облегчения освобождения опор из грунта.

Самоподъемные платформы — наиболее многочисленная группа технических средств, предназначенных для разведочно-по-искового бурения. Интенсивное строительство самоподъемных платформ проводилось начиная с 1972 г., причем их максимальный ежегодный выпуск составлял 20 единиц. Построено 108 самоподъемных платформ (21%—для глубин моря до 63 м, 63%—для глубин 75—90 м, 16%—для глубин 96—107 м).

Вначале строили в основном самоподъемные буровые платформы с прямоугольным понтоном и четырьмя опорами.

Такая конструкция позволяла обеспечить устойчивое положение платформы в случае выхода из строя одной из опор. По мере совершенствования конструкции механизмов и повышения их надежности, а также накопления опыта эксплуатации, выяснилось, что можно перейти к строительству самоподъемных платформ с треугольным в плане понтоном и тремя опорами. Такие конструкции имеют меньшую металлоемкость и требуют меньших затрат на изготовление. В настоящее время подавляющее большинство самоподъемных платформ строится с тремя опорами, имеющими ферменную конструкцию. Они испытывают меньшие волновые нагрузки по сравнению с цилиндрическими.

Подъемные устройства на самоподъемных платформах устанавливают электромеханические и гидравлические. Электромеханические включают зубчатую рейку, закрепленную на опоре, и шестерни с электроприводом через редуктор, размещенные на понтоне. Гидравлическая система имеет несколько цилиндров с поперечными траверзами, входящими в пазы зубчатой рейки, закрепленными на опоре. Скорость подъема понтона составляет 0,3—0,4 м/с. Операции по установке самоподъемной платформы на грунт или ее снятию с точки работ являются наиболее опасными и ответственными (именно в этот период произошло 30% аварий этого типа платформ). Значительные трудности при перестановке самоподъемных платформ могут возникать при сильном задавливании опор в грунт и их защемлении. Для предотвращения этого стали применять площадки, связывающие нижние концы опор (так называемые маты). Особенно часто маты используют в конструкциях с тремя опорами, когда нельзя поочередно выдергивать их из грунта, как это обычно делают на платформе с четырьмя опорами.

Большие конструктивные сложности возникают из-за увеличения длины опор, особенно при обеспечении их надежности и прочности во время транспортировки, поскольку опоры возвышаются над понтоном на 100 м и более, а в транспортном положении самоподъемная платформа испытывает резкую порывистую качку. Чтобы избежать этих недостатков на некоторых самоподъемных платформах верхние секции опор делают съемными. Для их монтажа на палубе платформы имеются специальные крановые устройства. Подобное конструктивное решение позволяет снизить высоту поднятых опор и уменьшить динамические нагрузки, а также повысить остойчивость, не увеличивая размеры понтона.

Другим конструктивным решением, позволяющим также решить эту проблему, является использование телескопических цилиндрических опор. Самоподъемная платформа такой конструкции «Сторм-Y», построенная в США, имеет рекордную глубину постановки для платформ рассматриваемого типа — 115 м. Длина цилиндрических опор составляет 123 м. Наружная телескопическая опора имеет длину 77 м и диаметр 4,6 м, а внутренняя — соответственно 71 м и 4,3 м. Однако подобные конструкции для обеспечения жесткости должны иметь поперечное крепление в месте телескопического соединения, вследствие этого не удается полностью поднимать опоры, и при транспортировке платформа имеет обычно большую осадку.

Интересными следует признать и предложения о самоподъемной платформе с опорным блоком, который устанавливается отдельно на грунт и имеет балластные цистерны, обеспечивающие его погружение и всплытие. На опорный блок наводится и крепится самоподъемная платформа. С помощью таких конструкций самоподъемную платформу, рассчитанную на глубину 60 м, можно использовать для бурения на 160 м.

Буровая вышка на самоподъемных платформах устанавливается над специальным вырезом в понтоне или на выносных кронштейнах.

При проектировании самоподъемных буровых платформ приходится решать сложную задачу — удовлетворить несколько противоречивых требований. Так, желательно увеличить расстояние между опорами для повышения устойчивости на грунте, однако это приведет к увеличению массы понтона, механизмов подъема и, следовательно, габаритов, что, в свою очередь, вызовет увеличение ветровых нагрузок и опрокидывающего момента. Интересно, что в 1967 г. была построена самоподъемная платформа «Оушен Мастер» с наклонными опорами под углом 7—12° для увеличения устойчивости на грунте. Такая конструкция способна выдержать в 1,5 раза больше по сравнению с платформой, имеющей вертикальные опоры, ветровые и волновые нагрузки. Однако самоподъемные платформы с наклонными опорами не нашли распространения из-за сложного подъемного устройства, которое должно работать на разных углах наклона в процессе спуска опор.

Таким образом, самоподъемные платформы наиболее приспособлены для буровых работ на шельфе, поскольку в меньшей степени зависят от погоды, и, будучи жестко связанными с грунтом не требуют применения специальных компенсаторов качки и систем удержания в точке бурения, что упрощает применяемое технологическое оборудование.

Конструкции самоподъемных платформ развиваются по пути их упрощения, снижения числа опор, изыскания возможности увеличения глубин моря в точке работ.

В то же время самоподъемные платформы имеют и недостатки, основными из которых являются:
— зависимость транспортировки и установки в точке работ от погодных условий;
— ограниченная рабочая глубина;
— снижение мобильности из-за трудностей их провода через узкости и каналы.

Полупогружные платформы используют в районах с глубинами, на которых невозможна стабилизация постановкой на грунт. Их интенсивное строительство ведется начиная с 1972 г. Всего построено 99 полупогружных платформ (43% — для глубин до 240 м, 47%—для 300—450 и 10%—для 500—1830 м). Стабилизация их на волнении достигается путем заглубления создающих плавучесть понтонов ниже поверхности моря до уровня, где волнение сказывается в меньшей степени, а также за счет использования разнесенных вертикальных стабилизирующих колонн, обеспечивающих минимальную площадь ватерлинии. Это, с одной стороны, способствует уменьшению возмущающих сил, а с другой,— созданию необходимой остойчивости. Технологическое оборудование, энергетическая установка и жилые помещения располагаются на площадке, находящейся над поверхностью воды на уровне, достаточном для предотвращения ударов волн расчетной высоты.

Удержание полупогружных платформ в точке работ обеспечивается, как правило, с помощью якорей, число которых достигает восьми (масса каждого—-до 13 т).

В 1976 г. была построена первая полупогружная платформа «Седко-709» (США) с системой динамического удержания за счет работы подруливающих устройств. Эта платформа может работать на глубинах до 1830 м, причем необходимая точность удержания обеспечивается при волнении высотой 12,2 м за счет работы двигателей суммарной мощностью 25 000 л. с.

Имеются полупогружные платформы трех типов:
— с двумя продольными заглубленными понтонами и шестью — восьмью стабилизирующими колоннами;
— с четырьмя продольными цилиндрическими плавучестями и большим числом стабилизирующих колонн;
— с пятью вертикальными колоннами, имеющими раздельные цилиндрические понтоны.

До последнего времени полупогружные платформы строили несамоходными, их доставляли в район работ специальные буксиры. Для упрощения транспортировки платформы стали проектировать самоходными. Это не вызвало существенного изменения энергетической установки, состав и мощность которой определяют из условия обеспечения работы буровых и якорных лебедок, насосов и другого технологического оборудования.

Размеры полупогружных платформ зависят от ограничений по качке. В 1977 г. в Японии построена самая большая полупогружная платформа «Хакурио-IV», имеющая длину 104,5 м, ширину 67 м и габаритную высоту 104 м. Для этой платформы расчетными являются волны высотой до 27 м, ветер скоростью 60 м/с и течение скоростью 3 уз. Выбор размерений полупогружных платформ определяется также требованиями к их остойчивости и непотопляемости. Для полупогружных платформ необходимо рассчитывать остойчивость по диагоналям, а не только в поперечном и продольном направлении, поскольку площадь ватерлинии слагается из сечений вертикальных стабилизирующих колонн. Излишнее повышение остойчивости полупогружных платформ приводит к ухудшению экономических показателей, поскольку при этом возрастают габариты из-за разноса стабилизирующих колонн или их диаметр, вследствие чего увеличивается качка. Это, в свою очередь, приводит к увеличению простоев в ожидании благоприятных гидрометеорологических условий.

К недостаткам полупогружных платформ следует отнести их большие габариты, сложность проведения монтажных и строительных работ, а также докования. Кроме того, вследствие малой площади ватерлинии полупогружные платформы очень чувствительны к изменению нагрузки, что ограничивает объем технологических запасов. Их приходится постоянно пополнять, так как платформа находится в точке работ в течение нескольких месяцев. Значительные размеры полупогружных платформ, особенно высоты, повышают трудоемкость строительных работ, для проведения которых приходится использовать тяжелые плавучие краны с большим вылетом стрелы.

В последнее время благодаря применению систем динамического удержания увеличиваются глубины моря, на которых используются полупогружные платформы. Это приводит к изменению конструктивного типа платформ, так как наиболее распространенный в настоящее время тип платформы с двумя продольными понтонами не обеспечивает постоянства возмущающих сил в зависимости от направления. Полупогружные платформы с динамическим удержанием будут иметь симметричную конструкцию, ведутся исследования по гидродинамике платформы с кольцевым понтоном и дискообразной верхней площадкой (рис. 9).

Перспективным направлением в создании буровых платформ можно считать конструирование полупогружных платформ, удерживаемых в точке работ за счет вертикально напряженных тросов, закрепленных за уложенные на грунт грузы (рис. 10). Платформа имеет избыточную плавучесть, за счет вертикальной дополнительной силы она лучше стабилизируется на волнении. Особо эффективны подобные конструкции во время работы на больших глубинах, где масса опор резко увеличивается в связи с увеличением размеров платформ.

В настоящее время разработаны проекты подобных конструкций, в натурных условиях в США осуществлена проверка крупномасштабной модели.

Буровые суда привлекаются для разведочно-поискового бурения в отдаленных от береговых баз районах и в местах, где могут встречаться плавучие льды. Они обладают хорошей мореходностью, большой грузоподъемностью и автономностью. В отличие от полупогружных платформ буровые суда могут строиться на любой судостроительной верфи. Создание специальных буровых судов было начато в 1962—1968 гг. в США компанией «Глобал Мэрии». В 1968 г. она построила буровое судно «Гломар Челленджер», предназначенное для работ на глубинах моря до 6000 м с повторным вводом бурового инструмента в скважину.

Наиболее совершенными можно считать буровые суда типа «Пеликан», строящиеся в Голландии с 1972 г. Первые суда этой серии были приспособлены для бурения на глубине 600 м, последние — на глубине 1500 м. Буровые суда имеют обычные судовые обводы, а также следующие конструкции и системы: в центральной части судна — вырез и буровую вышку для спуска инструмента и колонны труб; системы динамического удержания в точке работ за счет развитых псГдруливающих устройств; специальные компенсаторы качки, уменьшающие влияние вертикальных перемещений судна на колонну буровых труб.

Точность удержания бурового судна в точке работ определяется величиной допустимого изгиба колонны буровых труб и составляет 4—6% глубины моря. Системой динамического удержания оборудовано 30 буровых судов из 52 построенных. Опыт эксплуатации бурового судна «Пеликан» в 1973/74 г. показал, что простои из-за плохой погоды составили 6,5%- Как правило, бурение с судна осуществлялось при вертикальных перемещениях 1,2—1,5 м.

Для ускорения работы буровые трубы располагают в стеллажах непосредственно на палубе судна в нос и в корму от буровой вышки.

Технологические запасы и другие грузы (цемент, глина, трубы, агрегаты, крупногабаритное оборудование и т. д.) доставляют на буровые платформы суда снабжения, число которых в мире превысило 2000. В соответствии со спецификой эксплуатации суда этого типа имеют архитектурно-конструктивные отличия. Они имеют носовую надстройку и свободную кормовую палубу для размещения палубного груза, составляющего до 70% дедвейта судна. Суда однопалубные, низкобортные с высоким баком, на котором расположена двух-, трехъярусная рубка. Высота надводного борта судов, даже предназначенных для Северного моря, составляет всего 1,0—1,2 м, а высота борта судов, работающих в Мексиканском заливе,— всего 0,6 м. Вследствие этого уменьшается масса корпусных конструкций, что позволяет увеличить грузоподъемность, но затрудняет работу команды в тяжелых гидрометеорологических условиях.

Суда снабжения обычно высокоманевренные, поскольку им часто приходится работать в непосредственной близости от буровой платформы в условиях развитого волнения. Это качество обеспечивается двухвальной энергетической установкой и носовым подруливающим устройством.

Для перевозки сыпучих грузов имеется до восьми цилиндрических бункеров с пневматической разгрузкой.

В последнее время наряду со специализированными судами снабжения строят универсальные суда, которые обеспечивают буксировку платформ, укладку и подъем их якорей, а также, при необходимости, и тушение пожаров. Для этих целей на судах в носовой части палубы размещается специальная лебедка, а в корме — горизонтальный ролл для проводки якорной цепи.

Мощность энергетической установки универсального судна снабжения может достигать 8000 л. е., а судов, занимающихся только доставкой грузов,— 3000 л. с.

Нормальное функционирование морских нефтепромыслов невозможно без проведения ряда вспомогательных работ, в том числе водолазных. Для их проведения на палубе судов снабжения устанавливается комплекс декомпрессионных камер с необходимым оборудованием. Однако эти работы зависят от условий перемещений судна, поэтому в последнее время стали строить вспомогательные суда полупогружной конструкции с меньшими параметрами качки.

После определения размеров и запасов месторождений нефти и газа на континентальном шельфе осуществляется проходка эксплуатационных скважин. Эта операция проводится со стационарных буровых платформ, причем с каждой может быть пробурено до 30—40 скважин. Можно выделить платформы двух типов: ферменные конструкции, монтируемые в точке работ из отдельных блоков, и железобетонные, полностью изготовляемые на судостроительной верфи и доставляемые к месту установки на плаву.

Стационарная буровая платформа ферменной конструкции закрепляется с помощью свай на грунте. На этой конструкции выше поверхности моря монтируются блоки-модули с энергетической установкой, технологическим оборудованием для бурения и очистки поступающей из скважины нефти, жилыми и другими помещениями. Масса отдельных модулей достигает 1600 т, на каждую стационарную буровую платформу устанавливается до восьми блоков-модулей. Платформа находится в точке работ в течение всего процесса добычи нефти, а блоки-модули могут заменяться в зависимости от вида операций (бурение, а затем очистка нефти от примесей и т. д.).

Монтаж крупнейшей в мире ферменной платформы (США) был закончен в 1978 г. в Мексиканском заливе в 15 милях от побережья на глубине 310 м. Установленное на ней технологическое оборудование рассчитано для бурения 62 скважин, проходка которых будет закончена к 1982 г. Полная высота этой стационарной платформы составляет 385 м, а масса — 46 000 т. Для выполнения монтажных работ платформа разбита на три блока. Нижнее основание, установленное на грунт, имеет массу 14 000 т, высоту 53,4 м и размеры в плане 116Х 122 м. Доставлялось нижнее основание платформы в точку работ на специальной барже, а закреплялось на грунте с помощью 24 свай, причем максимальное время их забивки составило трое суток. Каждая свая массой 450 т, представляющая собой цилиндр диаметром 2,12 м и длиной 188 м, буксировалась в горизонтальном положении двумя буксирами, а затем путем заполнения балластных отсеков переводилась в вертикальное положение и наводилась на точку установки. После закрепления нижнего основания последовательно устанавливалась средняя секция массой 8000 т и высотой 96 м, а затем верхняя — массой 11 000 т и высотой 1600 м. Монтаж надводной площадки, где размещены две буровые вышки, технологическое и другое оборудование, проводился из блоков массой 500 т.

Ферменные конструкции могут транспортироваться от береговой площадки в точку монтажа на специальных баржах или с помощью цилиндрических металлических понтонов, или за счет собственной плавучести.

Практика показала, что с помощью барж целесообразно транспортировать платформы небольшой массы, устанавливаемые на малой глубине. При перевозке платформ значительной массы сложнее обеспечить устойчвость, особенно с тяжелым грузом при высоко размещенном центре тяжести. Для транспортировки ферменных конструкций эффективнее использовать цилиндрические понтоны. В этом случае ферменная конструкция собирается в горизонтальном положении в сухом доке непосредственно на соединенных вместе цилиндрических понтонах, имеющих достаточную плавучесть. После всплытия и буксировки к месту работ часть понтонов заполняется водой для переворота конструкции в вертикальное положение и посадки на грунт, затем понтоны отсоединяют и обычно используют повторно.

Технологию постройки стационарных платформ выбирают, исходя из массогабаритных характеристик и принятого конструктивного типа. Как правило, конструкции собирают на открытых площадках из отдельных секций, которые формируют из унифицированных прямолинейных элементов и узлов. Сборку и насыщение блоков-модулей для верхней площадки, имеющих прямолинейные образования, выполняют также на специализированных площадках.

Железобетонные платформы для бурения и последующей добычи нефти и газа на глубинах до 160 м применяют на нефтепромыслах Северного моря. Они отличаются большой долговечностью и экономичностью в эксплуатации. При их постройке можно использовать рабочих невысокой квалификации. Значительно сокращается продолжительность монтажа работ в открытом море. Широкое распространение железобетонных платформ сдерживается из-за их значительной осадки при буксировке (около 30 м), т. е. из-за отсутствия глубоководных фарватеров. Не следует забывать и о возможности аварий вследствие размыва грунта под тяжестью платформ.

В настоящее время можно выделить два типа железобетонных платформ. К первому относятся конструкции с волногася-щей стенкой, имеющей большое количество отверстий для поглощения энергии волн. В Северном море установлено четыре платформы такого типа, причем первая из них — «Экофиск» (Норвегия) — была построена в 1973 г. Ко второму относятся платформы с цилиндрическими опорами, связывающими верхнюю площадку и установленный на грунте нижний корпус с цистернами для обеспечения плавучести при транспортировке. В этих цистернах хранится нефть, поступающая из скважины; их объем достигает 160—200 тыс. м3.

Железобетонные платформы —- грандиозные сооружения. Приведем пример: на изготовление только нижнего корпуса одной из построенных платформ «Корморант-А» высотой 58 м израсходовано 120 тыс. м3 бетона. Постройка таких платформ ведется вначале в специальном котловане, где формируется нижний корпус до высоты, обеспечивающей возможность получения достаточной для всплытия плавучести и осадки, при которой его можно вывести из котлована. Затем котлован затапливается, перемычка разрушается и на плаву ведется достройка нижнего корпуса, а также начинается формирование колонн. После этого сооружение притапливается на более глубоком месте и монтируется оборудование верхней площадки.

Перспективным можно считать использование подводных камер, устанавливаемых непосредственно на устье нефтяной скважины и оснащенных необходимым оборудованием для передачи нефти на сборные хранилища. Это позволяет исключить большие расходы металла, идущего на изготовление стационарных платформ, а также осложнения при мореплавании.

Добытая нефть транспортируется на берег с помощью подводных трубопроводов, прокладка которых в открытом море возможна с помощью специализированных судов-трубо-укладчиков. Отличительной их особенностью является наличие в кормовой части ферменной рамы — стингера — для обеспечения спуска трубопровода без изгибов по плавной кривой. Длина стингера должна равняться двойной-тройной глубине моря (рис. 11).

Необходимая точность удержания трубоукладчика по курсу составляет 30—100 м, а точность поступательного перемещения, определяемая необходимостью размещения очередного стыка трубопровода в пределах сварочного поста, ±0,5 м. Такое перемещение обеспечивается системой якорных лебедок; якоря укладываются специальными судами.

Высокие требования предъявляются к стабилизации трубоукладчика, поскольку сварка трубопровода ведется из отдельных секций длиной по 24 м; крен не должен превышать ±3%, дифферент ±2°.

Для уменьшения влияния качки трубоукладчики строят полупогружной конструкции, а для обеспечения постоянной осадки, которая влияет на изгиб и напряжения в трубопроводе, применяют специальную балластную систему с автоматическим управлением.

Сборка трубопровода осуществляется с остановками для контроля и изоляции стыков. Во время работы судно должно совершать циклические перемещения с высокой точностью и, кроме того, удерживаться в одной точке.

В связи с расширением морских нефтегазовых разработок эффективность укладки трубопроводов должна быть повышена, однако это будет возможно только при изменении технологии этих работ. Начиная с 1970 г. в США ведется разработка трубоукладчиков, у которых предварительно сваренный трубопро-В°Д наматывается на вьюшку. Ее диаметр обеспечивает упругий изгиб без пластических деформаций. В 1978 г. закончена постройка судна-трубоукладчика, работающего по такой технологии. На нем установлена вьюшка диаметром 16,4 м и шириной 6,7 м, с ребордой высотой 25,2 м, на которую может быть намотан трубопровод диаметром от 102 до 405 мм при длине 50 или 5 миль соответственно. Скорость судна, при которой выполняется укладка, равняется 1,5—2 уз.

При урладке трубопровода с такого судна угол входа трубопровода в воду может достигать 50° (вместо 15° на обычных судах-трубоукладчиках), что позволяет выполнять работы без стингера на глубинах до 400—900 м и при высоте волн до 4,6 м.

Технологический процесс монтажа и укладки труб с помощью судна, оборудованного барабаном, заключается в следующем. На бортовой базе сваривают плети труб длиной до 1,5 км, которые укладывают на вьюшку, позволяющую изгибать трубопровод в пределах радиуса его упругого изгиба. Готовый трубопровод перематывают на барабан на судне, которое выходит в море, а на базе монтируют следующий отрезок трубопровода.

В связи с разработкой все более глубоководных месторождений нефти и газа приходится по-новому решать проблему их транспортировки.

Прокладка подводных нефтепроводов на десятки и сотни километров связана с необходимостью:
— регулировать напряжения, возникающие в трубопроводах на больших глубинах;
— преодолевать естественные преграды на глубоководной трассе.

При этом резко повышается стоимость подводных трубопроводов, что значительно снижает рентабельность промысла. Поэтому становится целесообразным устанавливать на дне моря емкости для хранения нефти.

Такие подводные хранилища соединяют трубопроводом с пунктом первичной подготовки нефти, расположенным на стационарной платформе, и со специальными загрузочными установками. Емкости могут быть стальными и железобетонными.

Не менее эффективна и загрузка танкеров непосредственно на месте добычи нефти. Для этой цели применяют специальные погрузочные устройства либо в виде башни, шарнирно закрепленной к подводному хранилищу или ко дну, либо в виде плавучего буя.

Последний также соединяется гибким трубопроводом с хранилищем нефти. К этим погрузочным устройствам и швартуются танкеры.

В связи с освоением минеральных ресурсов континентального шельфа в арктических районах предстоит создать технику для бурения в ледовых условиях. При этом необходимо учитывать характер воздействия перемещающегося льда на стоящее в точке бурения сооружение. Оно идентично действию льда на корпус движущегося судна, поэтому при проектировании буровых платформ можно использовать опыт создания ледоколов. Лед вокруг платформы можно разрушать либо под действием тяжести конструкции и специфических образований корпуса, либо с помощью взрыва, либо распиливать его специальными механизмами, либо расплавлять. Наиболее надежным и проверенным методом является первый.

При проектировании ледовых буровых платформ следует учитывать и возможность их обледенения. Важно, чтобы намерзающий лед обрушивался под собственной тяжестью раньше, чем он окажет влияние на прочность и остойчивость платформы.

В районах, где отсутствует дрейф льда, возможно намораживание искусственных ледовых островов путем распыления воды для установки на них бурового оборудования. У побережья Канады с подобного ледового острова была пробурена скважина глубиной 924 м, причем максимальная толщина льда составляла 5,5 м, а распыление воды проводилось в течение двух месяцев при первоначальной толщине льда 1,5 м.

В последнее время появились проекты ледовых буровых платформ с небольшим числом стабилизирующих колонн в отличие от ранее построенных. Корпус такой буровой платформы предлагается выполнять в виде двух усеченных конусов, соединенных друг с другом основаниями меньшего диаметра. Корпус подобной формы лучше разламывает дрейфующие ледовые поля при вертикальных перемещениях платформы за счет приема или откачки водяного балласта.

Таким образом, для освоения месторождений нефти и газа на континентальном шельфе создан комплекс разнообразных технических средств, которые отличаются по своей конструкции, габаритам, комплектующему оборудованию и условиям эксплуатации от традиционных типов.