Всасывающий кессон

Всасывающие кессоны (также называемые всасывающими якорями , всасывающими сваями или всасывающими ковшами ) представляют собой форму платформы фиксированного якоря в виде трубы с открытым дном, встроенной в осадок и герметизированной сверху во время использования, так что подъемные силы создают давление дифференциал, удерживающий кессон вниз. Они имеют ряд преимуществ перед обычными морскими фундаментами, в основном их быстрее устанавливать, чем глубокие сваи , и их легче демонтировать при выводе из эксплуатации. Всасывающие кессоны в настоящее время широко используются во всем мире для крепления крупных морских установок, таких как нефтяные платформы , морские буровые и жилые платформы, к морскому дну на больших глубинах. В последние годы всасывающие кессоны также стали использовать для морских ветряных турбин на мелководье.

Добыча нефти и газа на большой глубине могла бы стать очень сложной задачей без технологии всасывающего якоря, которая была разработана и впервые использована в Северном море 30 лет назад. ^[1]Использование всасывающих кессонов/якорей в настоящее время стало обычной практикой во всем мире. Статистические данные за 2002 год показали, что 485 всасывающих кессонов были установлены в более чем 50 различных местах по всему миру на глубине примерно до 2000 метров. Всасывающие кессоны были установлены в большинстве глубоководных нефтедобывающих районов по всему миру: Северное море , Мексиканский залив , шельф Западной Африки, шельф Бразилии, запад Шетландских островов, Южно-Китайское море , Адриатическое море и Тиморское море . После 2002 года достоверных статистических данных не было, но использование всасывающих кессонов все еще растет. ^[2]

Описание

Всасывающий кессон можно эффективно описать как перевернутое ведро, погруженное в морские отложения . Крепление к морскому дну достигается либо за счет толкания, либо за счет создания отрицательного давления внутри юбки кессона за счет откачки воды из кессона; оба эти метода обеспечивают фиксацию кессона на морском дне. Фундамент также можно быстро демонтировать, обратив процесс установки вспять, закачав воду в кессон для создания избыточного давления. ^[3]

Концепция технологии всасывания была разработана для проектов, где гравитационная нагрузка недостаточна для вдавливания юбок фундамента в землю. Технология также была разработана для якорей, подвергающихся большим нагрузкам из-за волн и штормовой погоды. Технология всасывающего кессона очень хорошо работает на морском дне с мягкими глинами низкой прочности или другими отложениями . Всасывающие кессоны во многих случаях проще устанавливать, чем сваи, которые необходимо забивать (забивать) в землю сваебойным молотком . ^[4]

Швартовные тросы обычно крепят сбоку от всасывающего кессона в оптимальной точке крепления груза, которую необходимо рассчитывать для каждого кессона. После установки кессон действует как короткая жесткая свая и способен выдерживать как боковые, так и осевые нагрузки. методы предельного равновесия или трехмерный анализ методом конечных элементов . Для расчета удерживающей способности используются ^[5]

История

Один из 17 всасывающих якорей платформы Ааста Ханстин в Норвежском море.

Всасывающие кессоны впервые использовались в качестве якорей для плавучих сооружений в морской нефтегазовой отрасли, включая морские платформы, такие как Е. нефтяная платформа Драупнер

Существуют большие различия между первыми небольшими всасывающими кессонами, которые были установлены для Shell на месторождении Горм в Северном море в 1981 году, и большими всасывающими кессонами, которые были установлены для платформы Diana в Мексиканском заливе в 1999 году. Двенадцать всасывающих кессонов на Месторождение Горм предназначалось для закрепления простого погрузочного буя на глубине 40 метров, а установка всасывающих якорей для платформы «Диана» сама по себе в то время была мировым рекордом по глубине воды и размеру якорей. Высота всасывающих кессонов «Диана» составляет 30 метров, диаметр 6,5 метров, установлены они на глубине около 1500 метров на мягких глинистых отложениях. С тех пор всасывающие кессоны устанавливались и на еще большей глубине, но установка «Диана» стала технологическим прорывом XX века. ^[6]Важным шагом в развитии технологии всасывающих кессонов стало сотрудничество между бывшим оператором в Северном море компанией Saga Petroleum AS и Норвежским геотехническим институтом (NGI). Нефтедобывающая платформа Snorre A компании Saga Petroleum представляла собой платформу с натяжными опорами того типа, который в других частях мира был бы основан на сваях длиной до 90 метров. К сожалению, на нефтяном месторождении Снорре было сложно использовать длинные сваи из-за наличия огромной гальки на глубине 60 м под морским дном. Поэтому Saga Petroleum решила использовать всасывающие кессоны, которые были проанализированы NGI. Эти анализы были подтверждены обширными модельными испытаниями. Расчеты показали, что платформу можно надежно закрепить с помощью всасывающих кессонов длиной всего 12 м. Snorre A начала добычу нефти в 1992 году и в настоящее время находится под управлением норвежской нефтяной компании Statoil .

Всасывающие ковши были испытаны с морскими ветряными турбинами во Фредериксхавне в 2002 году и в Хорнс Рев в 2008 году. ^[7]^[8] и Borkum Riffgrund в 2014 году и будут использоваться в трети фундаментов на первоначальном этапе строительства ветряной электростанции Хорнси . ^[9]Компания Statoil продолжила использовать эту технологию для ветряных электростанций. ^[10]Их также планируется использовать для некоторых ветряных турбин ветряной электростанции Hornsea Project One, строительство которой планируется завершить в 2020 году. ^[11]^[12] Аналогичным образом был заключен контракт на поставку всасывающего ковша для ветряной электростанции в заливе Абердин .

Гравитационные нефтяные платформы

Всасывающие кессоны имеют много общего с принципами проектирования и решениями фундаментов больших гравитационных нефтяных платформ, которые были установлены в Северном море , когда там в начале 1970-х годов началась морская добыча нефти. Первая гравитационная нефтяная платформа на нефтяном месторождении Экофиск имела фундамент размером с футбольное поле и располагалась 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 мягкая глина, они были спроектированы так, чтобы выдерживать даже более сильные штормовые волны. Эти платформы были основаны на системе цилиндрических юбок, которые проникали в землю под действием силы тяжести и разрежения. Нефтяная платформа на месторождении Гуллфакс С была оборудована юбками длиной 22 метра. Платформа Troll A заложена на глубине 330 м с длиной юбки 30 м и является крупнейшей 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 гг.) спонсировался 15 международными нефтяными и промышленными компаниями и стал одним из наиболее важных исследований. Проект «Фундаменты с бортами и анкеры в глине» (1997-1999 гг.) спонсировались 19 международными компаниями, организованными через Центр исследований морских технологий (OTRC) в США, а проект «Фундаменты с бортами и анкеры в песке» (1997-1999 гг.) 2000) спонсировали 8 международных компаний. Основные выводы проектов были представлены в внебиржевом документе 1999 года № 10824.

В 2003 году было завершено спонсируемое промышленностью исследование по проектированию и анализу глубоководных якорей в мягкой глине, в котором NGI участвовала совместно с OTRC и Центром систем морских фундаментов (COFS) в Австралии. Общая цель состояла в том, чтобы предоставить геотехнической рабочей группе API (RG7) и совместному промышленному проекту Deepstar VI исходную информацию, данные и другую информацию, необходимую для разработки широко применимой рекомендуемой практики проектирования и установки глубоководных якорей.

Норвежское классификационное общество DNV ( Det Norske Veritas ), активно занимающееся анализом рисков и оценкой безопасности специальных конструкций во всем мире, подготовило рекомендуемый практический отчет о процедурах проектирования присасывающих анкеров, основанный на тесном сотрудничестве с NGI. Основная информация о проекте была представлена в внебиржевом документе 2006 года № 18038.

В 2002 году NGI основала дочернюю компанию NGI Inc в Хьюстоне. С тех пор дочерняя компания получила детальное геотехническое проектирование для более чем 15 проектов всасывающих якорей в Мексиканском заливе, в том числе для сложного проекта Mad Dog Spar, включающего проектирование якорей, расположенных в старых оползневых отложениях под откосом Сигсби . Для получения дополнительной информации можно обратиться к внебиржевым документам 2006 года № 17949 и 17950. ^[13]

См. также

Перемычка - Барьер, позволяющий откачивать жидкость из замкнутого пространства, временная водонепроницаемая конструкция, построенная на месте, иногда окружающая рабочую зону, как и открытый кессон.
Морская геотехническая инженерия - подобласть инженерии, связанная с искусственными сооружениями в море, для получения информации по геотехническим соображениям.
Гражданское строительство - инженерная дисциплина, ориентированная на физическую инфраструктуру.
Морская инженерия – Проектирование и проектирование корабельных систем.
Океанская инженерия — проектирование и проектирование корабельных систем.
Морская архитектура - отрасль архитектуры, ориентированная на прибрежное, прибрежное и морское строительство.
Океанография - изучение физических, химических и биологических процессов в океане.
Материалы Земли – физические составляющие страниц Земли
Плавающая ветряная турбина - Тип ветряной турбины.
Геотехническая инженерия - Научное исследование земных материалов в инженерных задачах.
Геотехнические изыскания - Работы, выполняемые для получения информации о физических свойствах грунтов, земляных сооружений и фундаментов.
Геотехника — научное исследование земных материалов в инженерных задачах.
Океан – соленая вода, покрывающая большую часть Земли.
Морское строительство – Монтаж конструкций и сооружений в морской среде.
Шельф (углеводороды)
Подводный трубопровод - трубопровод, проложенный на морском дне или под ним внутри траншеи.
Подводные (технологии) – Технология подводных операций в море.
Система подводной добычи – скважины, расположенные на морском дне.
Устье скважины - компонент на поверхности скважины, который обеспечивает структурный и выдерживающий давление интерфейс.

Ссылки

^ Департамент гражданского строительства, Техасский университет, Остин, Всасывающие кессоны: модельные испытания, Рой Э. Олсон, доктор философии, и Роберт Б. Гилберт, доктор философии
^ Национальные институты здравоохранения, моделирования и моделирования морской ветроэнергетической платформы для базовой турбины NREL мощностью 5 МВт., Рони Сахрони Т, 2015 г.
^ «Кессонные фундаменты с всасывающей установкой для морских ветроэнергетических установок: Рекомендации по проектированию» (PDF) . Carbon Trust, Морской ветровой ускоритель, февраль 2019 г., стр. 77 . Проверено 7 сентября 2021 г.
^ Департамент гражданского строительства, Техасский университет, Остин, Всасывающие кессоны: конечный элемент, моделирование, Джон Л. Тассулас, доктор философии, Дилип Р. Маниар и Л.Ф. Гонсало Васкес
^ Министерство сельского хозяйства США, Экспериментальные исследования противодействия подъему всасывающих кессонов в песке, октябрь 2013 г.
^ Университет Делавэра, Программа ветроэнергетики UD, Океанские турбины, фонды и проекты
^ «Опорная конструкция всасывающего ковша» . ЛОРК . 20 апреля 2011 года. Архивировано из оригинала 29 апреля 2016 года . Проверено 28 февраля 2017 г.
^ Хоулсби, Гай; Ларс Бо Ибсен; Байрон Бирн (2005). «Всасывающие кессоны для ветряных турбин». Границы морской геотехники . дои : 10.1201/NOE0415390637.ch4 . ISBN 978-0-415-39063-7 .
^ Испытание гигантской морской ветряной электростанции в рамках проекта Hornsea Project компании Dong Energy испытывает немецкую морскую ветряную электростанцию. август 2014 г.
^ Кэррингтон, Дамиан (16 мая 2016 г.). «У берегов Шотландии будет построена крупнейшая в мире плавучая ветряная электростанция» . Хранитель . Проверено 17 мая 2016 г.
^ Финансовый отчет за 2015 год – презентация для инвесторов (PDF) , Dong Energy, 4 февраля 2016 г., стр. 6
^ Б. Сукумаран, Университет Роуэна, «Якоря всасывающего кессона - лучший вариант для глубоководных применений»
^ Оксфордский университет, ФУНДАМЕНТЫ ВСАСЫВАЮЩИХ КАССОНОВ ДЛЯ МОРСКИХ ВЕТРОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРБИН, автор: Фелипе А. Вильялобос.

[1] Департамент гражданского строительства, Техасский университет, 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., Рони Сахрони Т, 2015 г.

[3] «Кессонные фундаменты с всасывающей установкой для морских ветроэнергетических установок: Рекомендации по проектированию» (PDF) . Carbon Trust, Морской ветровой ускоритель, февраль 2019 г., стр. 77 . Проверено 7 сентября 2021 г.

[4] Департамент гражданского строительства, Техасский университет, Остин, Всасывающие кессоны: конечный элемент, моделирование, Джон Л. Тассулас, доктор философии, Дилип Р. Маниар и Л.Ф. Гонсало Васкес

[5] Министерство сельского хозяйства США, Экспериментальные исследования противодействия подъему всасывающих кессонов в песке, октябрь 2013 г.

[6] Университет Делавэра, Программа ветроэнергетики UD, Океанские турбины, фонды и проекты

[7] «Опорная конструкция всасывающего ковша» . ЛОРК . 20 апреля 2011 года. Архивировано из оригинала 29 апреля 2016 года . Проверено 28 февраля 2017 г.

[8] Хоулсби, Гай; Ларс Бо Ибсен; Байрон Бирн (2005). «Всасывающие кессоны для ветряных турбин». Границы морской геотехники . дои : 10.1201/NOE0415390637.ch4 . ISBN 978-0-415-39063-7 .

[9] Испытание гигантской морской ветряной электростанции в рамках проекта Hornsea Project компании Dong Energy испытывает немецкую морскую ветряную электростанцию. август 2014 г.

[theguardian-10] Кэррингтон, Дамиан (16 мая 2016 г.). «У берегов Шотландии будет построена крупнейшая в мире плавучая ветряная электростанция» . Хранитель . Проверено 17 мая 2016 г.

[11] Финансовый отчет за 2015 год – презентация для инвесторов (PDF) , Dong Energy, 4 февраля 2016 г., стр. 6

[12] Б. Сукумаран, Университет Роуэна, «Якоря всасывающего кессона - лучший вариант для глубоководных применений»

[13] Оксфордский университет, ФУНДАМЕНТЫ ВСАСЫВАЮЩИХ КАССОНОВ ДЛЯ МОРСКИХ ВЕТРОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРБИН, автор: Фелипе А. Вильялобос.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]