В морях по всему миру люди возводят искусственные острова — нефтедобывающие платформы. Одни работают в суровой Арктике, где температура опускается до минус 50 градусов, другие ведут добычу в глубоководных морях, где поверхность и дно разделяет многокилометровая толща воды. Каждая нефтяная платформа — настоящее инженерное чудо. Какие технологии используют при строительстве морских нефтедобывающих платформ — в материале «Энергии+».
Опыт морского бурения насчитывает более сотни лет. Добывать нефть на мелководье начали в конце XIX века на побережье Мексиканского залива. Поначалу наземные буровые установки просто монтировали на деревянных пирсах, со временем их начали ставить на баржи, которые можно было перевозить подальше от берега с помощью буксиров и закреплять на свайных платформах. Технология позволяла добывать углеводороды с шельфа на небольшой глубине. Практика морского бурения с барж и свайных платформ успешно развивалась и в Российской империи, у берегов Каспийского моря.
Наиболее прочные стационарные платформы стоят на кессоне — это тяжелая железобетонная конструкция в форме конуса, размещаемая на морском дне. Внутри кессона находятся полости, которые сначала облегчают его транспортировку к месту установки, а затем наполняются водяным балластом, чтобы опустить конструкцию на дно. Дальше полости служат резервуарами для добытой нефти, которая постепенно заменяет воду в роли балласта.
На кессоне, на глубине около 20 метров в Баренцевом море, стоит «Приразломная» — первая и пока единственная платформа российского арктического шельфа, с которой ведется добыча нефти. Бетонные стены ее кессона трехметровой толщины дополнительно закрыты слоем специальной стали, которая не подвержена коррозии, и укреплены каменной насыпью. Такой мощный фундамент позволяет «Приразломной» работать в экстремальных климатических условиях Арктики. Ей не страшны морозы под минус 50 градусов, дрейфующий семь месяцев в году лед, ураганный ветер и огромные волны. За счет собственного веса в 506 тысяч тонн платформа надежно удерживается на морском дне.
Наиболее распространенные и простые морские буровые платформы имеют свайное основание в виде решетчатой башни из стальных труб, опоры которой забивают в толщу дна и бетонируют. В Мексиканском заливе работает самая большая платформа этого типа Bullwinkle высотой 529 метров, из которых 117 расположено выше ватерлинии.
Такие сооружения применяются в основном на глубинах до 500 метров и в теплых регионах. Для работы в условиях крайнего Севера они не подходят, так как не рассчитаны на противостояние мощной ледовой нагрузке, да и грунт, в который нужно забивать сваи, на дне арктических морей гораздо сложнее.
В Мексиканском заливе находится одна из самых больших нефтяных платформ в мире — «Петрониус». Ее общая высота достигает 640 метров, при этом над уровнем моря она возвышается только на 75 метров. Для установки «Петрониуса» использовали технологию «гибкой башни». Такая платформа не имеет жесткой башнеобразной опоры, расширяющейся сверху вниз. Все 12 свай, из которых состоит ее основание, параллельны и изготовлены из более тонкого профиля, чем у традиционных свайных конструкций. Они изгибаются и раскачиваются вместе с волнами, течением и ветром, выдерживая растяжение до 2% (обычные здания — до 0,5%), фактически играя роль гигантских амортизаторов. Подобно сжатой пружине, «гибкая башня» всегда стремится вернуться в состояние равновесия. В мировом топ-10 самых высоких морских платформ половина принадлежит именно к такому типу.
На большой глубине — от 300 до 1500 метров, где строительство стационарной конструкции невозможно или небезопасно — морская платформа может вертикально швартоваться с помощью натяжных опор, которые соединяют ее корпус с забитыми в морское дно бетонными сваями.
Опоры изготавливают из стальных труб диаметром 0,3–0,6 метра: они обладают относительно малой эластичностью, за счет чего исключаются любые вертикальные перемещения платформы, но в горизонтальной плоскости она способна отклоняться на расстояние до шести метров. Конструкция таким образом противостоит морской стихии, а опоры остаются целыми.
Система вертикальной швартовки, но без использования жестких негнущихся тросов применяется также в платформах с подводным цилиндрическим основанием. Они называются лонжеронными, или SPAR-платформами, и состоят из поддерживающего палубу вертикального плавучего цилиндра большого диаметра (лонжерона), прикрепленного к морскому дну системой тросов и цепей. Цилиндр стабилизирует конструкцию в воде и наделяет ее способностью противостоять штормам и ураганам. Он состоит из нескольких резервуаров: нижний содержит балласт, верхний — воздух для стабилизации положения в воде. Конструкция SPAR-платформы напоминает рыболовный поплавок.
Самая крупная платформа такого типа, получившая имя Aasta Hansteen, расположена в Норвежском море — ее лонжерон имеет 198 метров в высоту (над водой он выступает лишь на 21 метр) и 50 метров в диаметре. Самая глубоководная находится в Мексиканском заливе — платформу Perdidо отделяют от морского дна почти 2,5 тысячи метров.
Один из самых популярных типов конструкций для добычи нефти с шельфа — полупогружные платформы. Буровая установка в них расположена на палубе, опирающейся на несколько колонн, которые, в свою очередь, прикреплены к плавучим понтонам. После буксировки платформы к месту установки понтоны заполняют водой, и они погружаются ниже поверхности моря, а вся конструкция приобретает устойчивость. Ее дополнительно стабилизируют тяжелыми якорями, а на глубине от 1500 метров — системой подруливающих винтов.
Технология позволяет платформе удерживаться на одном месте во время буровых работ, которые ведутся на глубине до трех тысяч метров, а на платформах-рекордсменах вроде сверхглубоководной Scarabeo 9 — до 3,6 тысячи метров.
Там, где закрепить платформу проблематично из-за глубины или особенностей дна, к добыче нефти подключаются специальные суда. Буровая установка на них соединяется через отверстие в палубе со скважинным оборудованием с помощью гибкой колонны.
Как и полупогружные платформы, нефтедобывающие суда используют для швартовки якоря и подруливающие устройства (иногда применяется и то, и другое сразу). Это позволяет держаться строго над скважиной и продолжать добычу даже в шестибалльный шторм. Плюсом судов является возможность перемещаться между скважинами. Мобильность и большая автономность позволяет им получать доступ к месторождениям в отдаленных местах со сложным рельефом. Рекордная глубина при судовом бурении составляет 3,6 тысячи метров.