Всасывающий кессон - Suction caisson

Всасывающая кессонная установка
Всасывающий кессон. Диаграмма с размером. Предназначен для несущих конструкций в глубоких водах. Размер кессона верхнего всасывания составляет 8 м × 1 м, а кессона нижнего всасывания - 1 м × 5 м.

Кессоны всасывающие (также называемый всасывающие анкеры, всасывающие сваи или же всасывающие ковши) являются формой фиксированная платформа якорь в виде трубы с открытым дном, погруженной в осадок и герметизированной сверху во время использования, так что подъемные силы создают перепад давления, который удерживает кессон. У них есть ряд преимуществ по сравнению с обычными оффшорными фондами, в основном они быстрее устанавливаются, чем глубокий фундамент сваи и их легче удалить при выводе из эксплуатации. Всасывание кессоны в настоящее время широко используются во всем мире для крепления крупных морских установок, таких как нефтяные платформы, морское бурение и жилые платформы к морское дно на большой глубине. В последние годы всасывающие кессоны также используются для морские ветряные турбины на мелководье.

Добыча нефти и газа на большой глубине могла бы быть очень сложной задачей без технологии якорного отсоса, которая была разработана и впервые использована в Северном море 30 лет назад.[1]Использование всасывающих кессонов / анкеров стало обычной практикой во всем мире. Статистические данные за 2002 год показали, что 485 всасывающих кессонов были установлены в более чем 50 различных населенных пунктах по всему миру на глубине около 2000 метров. Всасывающие кессоны были установлены в большинстве глубоководных нефтедобывающих районов по всему миру: Северное море, Мексиканский залив, у берегов Западной Африки, у берегов Бразилии, к западу от Шетландских островов, Южно-Китайское море, Адриатическое море и Тиморское море. После 2002 г. достоверной статистики не было, но использование всасывающих кессонов продолжает расти. [2]

Описание

Всасывающий кессон можно эффективно описать как перевернутый ковш, который встроен в морской осадок. Это встраивание достигается либо путем нажатия, либо путем создания отрицательное давление внутри юбки кессона; оба этих метода обеспечивают фиксацию кессона на морском дне. Фундамент также можно быстро удалить, изменив процесс установки и применив давление воздуха внутри юбки кессона.

Концепция технологии всасывания была разработана для проектов, где гравитационная нагрузка недостаточна для вдавливания юбок фундамента в землю. Технология также была разработана для анкеров, подверженных большим силам натяжения из-за волны и бурный Погода. Технология всасывающего кессона очень хорошо работает на морском дне с мягким глины или другая низкая сила отложения. Всасывающие кессоны во многих случаях легче установить, чем сваи, которые необходимо забивать (забивать) в землю с помощью Копер.[3]

Швартовые тросы обычно крепятся к стороне всасывающего кессона в оптимальной точке крепления нагрузки, которую необходимо рассчитывать для каждого кессона. После установки кессон действует как короткая жесткая свая и способна выдерживать как боковые, так и осевые нагрузки. Методы предельного равновесия или 3D анализ методом конечных элементов используются для расчета удерживающей способности.[4]

История

Один из 17 якорей-якорей для платформы Aasta Hansteen в Норвежском море.

Впервые всасывающие кессоны использовались в качестве якорей для плавучих конструкций в морской нефтегазовой отрасли, включая такие морские платформы, как Нефтяная вышка Draupner E.

Между первыми небольшими отсасывающими кессонами, которые устанавливались для Ракушка на Горм поле в Северном море в 1981 году и большие всасывающие кессоны, которые были установлены на платформе Diana в Мексиканском заливе в 1999 году. Двенадцать всасывающих кессонов на месторождении Горм предназначались для крепления простого загрузочного буя на глубине 40 метров, в то время как установка якорей на платформе Diana была мировым рекордом в то время в отношении глубины воды и размера якорей. Высота всасывающих кессонов Diana - 30 метров, диаметр - 6,5 метра, они были установлены на глубине около 1500 м на мягких глинистых отложениях. С тех пор всасывающие кессоны стали устанавливать на еще большей глубине, но установка Diana стала технологическим прорывом 20 века.[5]Важный шаг в развитии технологии всасывающих кессонов стал результатом сотрудничества между бывшим оператором в Северном море, Saga Petroleum AS, и Норвежский геотехнический институт (NGI). Нефтедобывающая компания Saga Petroleum Платформа Snorre A был платформа с натяжными ножками такого типа, который в других частях света был бы заложен сваями длиной до 90 метров. К сожалению, на Нефтяное месторождение Снорре использование длинных свай было затруднено из-за наличия огромной гальки на глубине 60 м под дном. Поэтому Saga Petroleum решила использовать всасывающие кессоны, которые были проанализированы NGI. Эти анализы были подтверждены обширными модельными испытаниями. Расчеты показали, что платформа может быть надежно закреплена всасывающими кессонами длиной всего 12 м. Snorre A начала добывать нефть в 1992 году и в настоящее время эксплуатируется норвежской нефтяной компанией. Статойл.

Всасывающие ковши были испытаны на морских Ветряные турбины в Фредериксхавн в 2002 г. на Horns Rev в 2008[6][7] и Боркум Риффгрунд в 2014 г., и будут использоваться в трети фундаментов при первоначальной разработке на Ветряная ферма Хорнси.[8]Статойл продолжили использовать технологию для ветряных электростанций.[9]Их также планируется использовать для некоторых ветряных турбин ветряной электростанции Hornsea Project One, строительство которой планируется завершить в 2020 году.[10][11] Аналогичным образом был заключен контракт на откачивающий ковш для Ветряная электростанция Абердин-Бэй.

Гравитационные нефтяные платформы

Всасывающие кессоны имеют много общего с принципами проектирования фундаментов и решениями для больших гравитационных нефтяных платформ, которые были установлены в Северное море когда в начале 1970-х годов там началась морская добыча нефти. Первая гравитационная нефтяная платформа на Нефтяное месторождение Экофиск имел фундамент размером с футбольное поле и располагался на морском дне с очень плотным песком. Платформа была спроектирована так, чтобы выдерживать волны высотой до 24 м.

Поскольку установка нефтяных платформ продолжалась в Северном море, в районах с плохими грунтовыми условиями, такими как мягкие глины, они были разработаны, чтобы выдерживать даже более высокие штормовые волны. Эти платформы были основаны на системе цилиндрических юбок, которые проникали в землю под комбинированной гравитационной нагрузкой и пониженным давлением. Нефтяная платформа на Поле Gullfaks C комплектовался юбками длиной 22 м. В Платформа Troll A заложен на глубине 330 м с юбками длиной 30 м и является самой большой гравитационной платформой в мире.

Исследования и разработки

Норвежский геотехнический институт (NGI) с самого начала активно участвовал в разработке концепции, проектировании и установке всасывающих анкеров. Проект «Применение морских ковшовых фундаментов и анкеров вместо традиционных конструкций» (1994-1998) спонсировался 15 международными нефтяными и промышленными компаниями и был одним из наиболее важных исследований. Проект «Фундаменты с плинтусом и анкеры из глины» (1997-1999) спонсировался 19 международными компаниями, организованными через Центр исследований оффшорных технологий (OTRC) в США, а проект «Огненные морские фундаменты и анкеры в песке» (1997–2000) спонсировали 8 международных компаний. Основные выводы из проектов были представлены в 1999 г. Внебиржевой бумага № 10824.

В 2003 году было завершено спонсируемое отраслью исследование по проектированию и анализу глубоководных якорей в мягкой глине, в котором NGI участвовала вместе с OTRC и Центр морских систем фундамента (COFS) в Австралии. Общая цель заключалась в предоставлении геотехнической рабочей группе API (RG7) и совместному промышленному проекту Deepstar VI исходной информации, данных и другой информации, необходимой для разработки широко применяемой рекомендуемой практики для проектирования и установки глубоководных якорей.

Норвежское классификационное общество DNV (Det Norske Veritas ), активно занимающаяся анализом рисков и оценкой безопасности специальных конструкций во всем мире, подготовила отчет о рекомендуемых методах проектирования анкеров, основанный на тесном сотрудничестве с NGI. Основная информация по проекту была представлена ​​во внебиржевом выпуске 2006 г. № 18038.

В 2002 году NGI учредила дочернюю компанию. NGI Inc в Хьюстоне. С тех пор дочернее предприятие было награждено детальным инженерно-геологическим проектированием для более чем 15 проектов анкерных отсосов в Мексиканском заливе, среди которых были и сложные проекты. Бешеный пес Проект лонжерона, включающий проектирование якорей, расположенных в старых отложениях оползней ниже Откос Сигсби. Дополнительную информацию можно найти в внебиржевых бумагах 2006 г. № 17949 и 17950.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Департамент гражданского строительства Техасского университета, Остин, Всасывающие кессоны: модельные испытания, Рой Э. Олсон, доктор философии, и Роберт Б. Гилберт, доктор философии
  2. ^ Национальные институты здравоохранения, моделирования и моделирования морской ветроэнергетической платформы для базовой турбины NREL мощностью 5 МВт., Roni Sahroni T 2015
  3. ^ Департамент гражданского строительства Техасского университета, Остин, Всасывающие кессоны: конечный элемент, моделирование, Джон Л. Тассулас, доктор философии, Дилип Р. Маниар и Л.Ф. Гонсало Васкес
  4. ^ Министерство сельского хозяйства США, Экспериментальные исследования поведения всасывающих кессонов в песке против подъема, октябрь 2013 г.
  5. ^ Университет штата Делавэр, Программа ветроэнергетики UD, Ocean Turbines, Foundation & Projects
  6. ^ «Опорная конструкция всасывающего ковша». LORC. 20 апреля 2011 г. В архиве из оригинала 29 апреля 2016 г.. Получено 28 февраля 2017.
  7. ^ Хоулсби, Гай; Ларс Бо Ибсен; Байрон Бирн (2005). «Всасывающие кессоны для ветроэнергетических установок». Границы морской геотехники. Дои:10.1201 / NOE0415390637.ch4. ISBN  978-0-415-39063-7.
  8. ^ Испытания гигантской оффшорной ветряной электростанции в рамках проекта Dong Energy Hornsea Project - это испытания оффшорной ветровой электростанции в Германии Август 2014 г.
  9. ^ Кэррингтон, Дамиан. «Самая большая в мире плавучая ветряная электростанция будет построена у побережья Шотландии». theguardian.com. Хранитель. Получено 17 мая 2016.
  10. ^ Финансовый отчет за 2015 год - презентация для инвесторов (PDF), Dong Energy, 4 февраля 2016 г., стр. 6
  11. ^ Университет Роуэн, ВСАСЫВАЮЩИЕ ЯКОРЯ CAISSON - ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГЛУБОКОЙ ВОДЫ, Б. Сукумаран
  12. ^ Оксфордский университет, ВСАСЫВАЮЩИЕ ФОНДЫ ДЛЯ ВЕТРОВЫХ ТУРБИН ФЕЛИПЕ А. Вильялобос