Шельф як найперспективніша частина Світового океану

ТЕМА 2. ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН НА МОРІ

Границями шельфу є берегова лінія та брівка – різкий перегин поверхні морського дна (рис. 2.1). Зазвичай кут нахилу шельфу не перевищує 1°, тоді як крутизна континентального схилу досягає місцями 40…45°. Середня ширина шельфу близько 65 км, місцями менше ніж 1 км. Загальна площа шельфу близько 27 млн. км², або 7,5 % поверхні Світового океану. Глибина над брівкою 100-200 м, але в деяких районах вона значно більша або менша. Приблизно 70 % площі шельфу припадає на акваторію глибиною менше ніж 180 м.

Рис. 2.1. Профіль океанічного дна:

1 – шельф, 2 – брівка, 3 – континентальний схил, 4 – океанічне ложе

Континентальний шельф (від англ. Shelf ‑ мілина) – вирівняна частина підводної окраїни материка, що доходить до суші і має загальну з нею геологічну будову.

Шельф виник у результаті затоплення окраїни континентів при піднятті рівня Світового океану в післяльодовиковий період, а також унаслідок новітніх тектонічних занурень земної поверхні.

За юридичним визначенням, шельф – це морське дно і надра підводних районів прибережних держав, їх півостровів, що поширюються за межі територіальних вод.

Шельф як найдоступніша частина Світового океану є зоною найбільш активної діяльності людства з використанням мінеральних, хімічних і біологічних ресурсів за межами суші.

Брівка – границя між принципово різними блоками земної кори. В межах шельфової зони дно Світового океану вкрите потужним шаром осадових порід, на крутих ділянках континентального схилу осади сповзають, звільняючи скельні породи.

Виснаження найбільш доступних і багатих родовищ на суші, труднощі, пов’язані з видобуванням вуглеводнів у віддалених і неосвоєних районах та зростаючі потреби в паливі зумовили необхідність освоєння шельфу.

Загальна нафтогазоносна площа в межах континентального шельфу оцінюється в 13 млн. км ², а сумарні видобувні запаси нафти становлять близько 100 млрд. т. На шельфі виявлено й великі запаси природного газу. На початку 80-их років 88 % видобувних запасів нафти і газу припадало на сім ділянок Світового океану.

Загалом на шельфі Світового океану відкрито понад 1700 родовищ нафти і газу. Розвідування глибоководної частини шельфу, континентального схилу та океанічного ложа все ще гальмується, що пояснюється відсутністю техніки, іншими технічними причинами. Згідно з прогнозами зарубіжних геологів надра Світового океану містять до 350 млрд. т нафти. Середні запаси нафти в морських родовищах приблизно вдвічі більші, ніж у континентальних покладах, але й витрати на освоєння морських родовищ у декілька разів більші, ніж на суші.

Освоєння ресурсів вуглеводнів акваторій Чорного та Азовського морів розпочалося понад 40 років тому, але здійснювалось дуже повільно.

Сьогодні в Українському секторі акваторії Чорного моря відкрито сім газових і газоконденсатних родовищ; в Українському секторі Азовського моря – три газових родовища, одне з яких частково розташоване на суходолі.

За капіталовкладеннями та вартістю видобутої сировини ці роботи поки що значно поступаються пошуку й видобутку нафти і газу на суші. Проте вже виявлені значні морські родовища кам’яного вугілля, залізної руди, марганцю, титану, кобальту, сірки, міді, срібла, золота тощо.

Видобуток твердих корисних копалин на шельфі проводять здебільшого за допомогою підводних шахт, проведених від берега, іноді – зі штучних островів.

Загальна кількість підводних шахт ‑ понад 100, причому близько 60 припадають на родовища кам’яного вугілля. Розробляють поклади, що розміщені на мілководді та неподалік від берегової лінії.

Сьогодні шельф як джерело відновлення енергії ще не використовується, але деякі країни проводять різноманітні дослідження та проектно-конструкторські розроблення в таких напрямках, як: переведення механічної енергії припливів, хвиль і морських течій в електричну; використання температурного градієнта між верхніми шарами води в приекваторних районах або між шарами води і повітря в північних районах Світового океану; застосування біологічних ресурсів океану як палива.

Загальна енергія хвиль дуже велика, оскільки хвиля висотою 3 м дає до 90 кВт потужності на 1 м узбережжя. Розроблені теоретичні рішення з перетворення енергії морських хвиль в електричну і створені моделі хвильових електростанцій різного типу. В Японії з 1978 року працює хвильова електростанція, змонтована на судні довжиною 80 метрів. Реалізація існуючих проектів дасть змогу деяким країнам (особливо острівним, таким, як Великобританія) значною мірою задовольнити свої потреби в електроенергії.

У США і Японії розробляються проекти електростанцій, які будуть працювати на морських течіях. Конкретно пропонується встановити в районі з особливо сильною течією турбіну, що має робоче колесо діаметром 170 м та ротор довжиною 80 м. Такі електростанції будуть утримуватись на місці за допомогою систем заякорення.

Різновиди споруд на шельфі безперервно вдосконалюються й осучаснюються, що пояснюється освоєнням нових районів, виходом на все більш глибоководні ділянки, появою нових технічних рішень. За призначенням ці споруди поділяються на такі групи:

ü для розвідки і розроблення підводних родовищ (споруди нафтогазопромислів, нафтогазосховищ, підводні трубопроводи, споруди, що забезпечують роботу технічних засобів для видобування та транспортування твердих корисних копалин);

ü для розміщення об’єктів промислового і цивільного призначення (штучні острови, плаваючі атомні електростанції, заводи, склади, аеродроми, міста-супутники);

ü для використання джерел відновлення енергії (припливні, хвильові, гідротермальні електростанції);

ü для забезпечення морських транспортних перевезень;

ü для пропуску сухопутного транспорту через водні перешкоди (морські тунелі і мости);

ü для берегового водопостачання;

ü для навігаційних та науково-дослідних робіт.

Найбільш численною групою споруд на шельфі є споруди для розвідування та розроблення підводних родовищ.

Стаціонарні споруди поділяють за розміщенням верхньої будови відносно вільної поверхні води на надводні й підводні.

Надводні споруди піддаються діям вітру, хвилі, течії і льоду, що створюють навантаження, рівнодійні яких прикладені до поверхні води.

Підводні споруди існують поки що тільки в проектах, повністю розміщені під водою й витримують лише навантаження від течії та хвилі, а тому вважаються перспективними для районів з особливо важким льодовим режимом і глибинами 100…150 м.

За способами забезпечення стійкості від зсуву та перекидання стаціонарні споруди поділяють на гравітаційні й ті, що мають пальову основу.

Гравітаційні споруди спираються безпосередньо на морське дно, і їх стійкість досягається за рахунок власної ваги та баласту, а також значної площі опори.

Споруди на пальовій основі встановлюють переважно на м’яких ґрунтах, і при цьому вага споруди, зсувні зусилля й перекидні моменти від зовнішніх дій повністю передаються від споруди через палі на більш щільні шари ґрунтової основи.

Сьогодні на шельфі Світового океану експлуатується понад чотири тисячі стаціонарних платформ і понад 800 рухомих установок, призначених для пошуково-розвідувальних робіт.

Штучні острови порівняно невеликих розмірів використовуються для розвідки буріння і видобування нафти й газу, особливо в арктичних районах. На Україні в акваторії Чорного та Азовського морів штучні острови практично не використовуються.

Штучні острови будують здебільшого на мілководних ділянках шельфу якнайдалі від морської зони. Їх використовують для розміщення промислових підприємств і складів.

На них можуть розміщуватися злітно-посадочні смуги, рибопереробні заводи, атомні електростанції, заводи з переробки сміття тощо. Є проект будівництва островів-портів для обслуговування багатотонних танкерів і первинної переробки сировини.

Площа островів у середньому становить 5...7 км². Грунт, вибраний на трасі підхідного каналу, утворює “тіло” острова.

Плаваючі споруди мають чимало переваг порівняно із штучними островами, їх можна виготовити на спеціалізованих базах, буксирувати на відстань до кількох тисяч кілометрів у неосвоєні райони узбережжя, швидко монтувати й переміщувати в інше місце, встановлювати на великих глибинах. Особливо ефективно розміщувати на таких спорудах електростанції.

Точкові пристані призначені для швартування й вантажообробки танкерів і газовозів у місцях, де малі глибини не дають змоги суднам підійти до берега або близько до морських родовищ, де будівництво звичайних пристаней є нерентабельним. Точкові пристані з’єднуються підводними або плаваючими трубопроводами з морськими та береговими сховищами, а також із суднами. За способом кріплення до донного ґрунту точкові пристані поділяються на стаціонарні і плаваючі з якірною системою утримання.

Геологія морського дна в районі експлуатації споруди часто не дуже придатна, а через великі глибини роботи з підготовки основи, ущільнення ґрунту, вирівнювання донної поверхні тощо є набагато складніші, ніж при побудові гідротехнічних споруд.

Значні глибини і зовнішні навантаження зумовлюють великі габарити споруд на шельфі. Водночас складні погодні умови, віддаленість від берега і велика глибина зводять до мінімуму обсяг збірно-монтажних робіт, що виконуються безпосередньо у відкритому морі. Високі вимоги до ступеня готовності транспортабельності споруди на шляху до місця експлуатації помітно впливають на вибір конструктивних рішень. Виготовлення елементів, блоків, секцій, модулів, частковий або повний збір конструкцій здійснюють на спеціалізованих берегових підприємствах, для яких властиві індустріальні методи і передова технологія, а також висока якість робіт. На конструкцію споруди також впливає спосіб спускання на воду. Часто, у зв’язку з необхідністю транспортування на великі відстані на воді, споруді надають властивостей, що характерні для об’єктів суднобудування. Плаваючі споруди комплектуються баластними системами, котрі забезпечують безпечний перехід із транспортного (часто горизонтального) в експлуатаційний (вертикальний) стан, притоплений або з посадкою на дно. Бурові споруди, що транспортуються на спеціальних суднах, мають пристрій для спускання на воду, відзначаються м’якою посадкою на дно.

У зв’язку з віддаленістю від берегових баз постачання, можливими довготривалими перервами у постачанні, зумовленими важкими штормовими або льодовими умовами, споруди на шельфі (наприклад, бурові платформи та установки) повинні відзначатися достатньою автономністю відносно енергетичного і механічного забезпечення роботи обладнання, мати достатні запаси палива, матеріалів, засобів для забезпечення нормальної роботи, побуту персоналу, проведення аварійних робіт.

До якірних систем утримання також висувають дуже жорсткі вимоги відносно обмеження переміщень споруди і нерозривності ланцюгів, оскільки їх обриви можуть спричинити серйозні наслідки. Плаваючим спорудам, котрі втримуються на місці без заякорення, надають форми судна й обладнують унікальною системою динамічного позиціювання.

Оскільки погодні умови під час установлення споруди на місці експлуатації можуть швидко погіршуватися, то час виконання операцій із забезпечення стійкості споруди обмежується. Деколи на це відводиться декілька діб. Особливо складно в умовах відкритого моря забивати палі, причому для закріплення окремих споруд на шельфі застосовують палі, що не мають аналогів у сухопутній практиці.