12ОПЫТ РЕШЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ САХАЛИНСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОЕКТОВ
В.А. Надеин1, М.Ф. Путилов1, Ю.О. Кузьмин2, А.И. Никонов3, Ю.Н. Дроздов 4,
В Н. Пучков 4
1 - «НГБ-Энергодиагностика»; 2 - ИФЗ РАН; 3 - ИПНГ РАН; 4 - ИМАШ РАН
В статье рассмотрено решение сложных научно-технических проблем сооружения трубопроводной системы для транспорта нефти и газа от Пильтун-Астохского и Лунского месторождений до завода по производству сжиженного природного газа (СИГ) в район Южно-Сахалинска и добывающих платформ, расположенных на морском шельфе восточного берега о-ва Сахалин в Охотском море. Природные условия Сахалина и его шельфа характеризуются не только разнообразием растительного и животного мира, обилием морепродуктов, наличием краснокнижных морских млекопитающих, но и суровым климатом, высокой сейсмической опасностью, сложными тектоническими, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, наличием опасных геологических явлений и процессов. Кроме того, в результате реализации сахалинских проектов по освоению углеводородных месторождений на шельфе острова существенно возрастает техногенная нагрузка на недра, что может привести к активизации природных геодинамических процессов с возможными значительными негативными последствиями. В этих условиях приобретают исключительное значение вопросы обеспечения промышленной и, как следствие, экологической безопасности при освоении Пильтун-Астохского и Лунского нефтегазовых месторождений в рамках реализации проекта «Сахалин-2».
С учетом грунтовых условий площадок размещения морских стационарных платформ Лун-А и ПА-Б определены следующие значения пиковых горизонтальных ускорений грунта, которые передаются на опорный блок платформы - железобетонное гравитационное основание:
Платформа Лун-А
• атах = 0,235 g - для проектного землетрясения (ПЗ),
• атах = 0,595 g - для максимального расчетного землетрясения (МРЗ).
Платформа ПА-Б
• amax = 0,207 g - для ПЗ,
• amax = 0,482 g - для МРЗ.
Для защиты верхних строений морских стационарных платформ и размещенного на них оборудования от сильных сейсмических воздействий в проектной документации на строительство платформ Лун-А и ПА-Б предусмотрена установка фрикционных маятниковых подшипников (ФМП) компании «Earthquake Protection Systems, Inc.» (далее EPS), по одному на опорную колонну.
На решение применить в проекте «Сахалин-2» ФПМ повлияла также возможность с их помощью снизить не только сейсмические нагрузки на верхнее строение, но и устранить воздействие на них ударных нагрузок, вызываемых арктическими льдами и штормовыми волнами, так как в этих подшипниках действуют относительно малые силы трения.
ФМП устанавливаются между конструкциями, которые должны быть сейсмически развязаны: между верхним строением и его опорным блоком (рис. 1, см. Приложение).
Во время землетрясения шарнирный ползун внутри подшипника скользит вдоль вогнутой поверхности из нержавеющей стали, заставляя опору двигаться в пределах малых перемещений маятника. Поскольку вызванные землетрясением смещения возникают первоначально в подшипниках скольжения с низким трением, боковые нагрузки и колебательные движения, передаваемые на поддерживаемое сооружение, существенно уменьшаются.
Действие фрикционного маятникового подшипника позволяет верхнему строению и опорному блоку платформы оставаться параллельными друг другу и перемещаться относительно друг друга во время сейсмических колебаний.
Северо-восточное побережье Сахалина и примыкающая к нему часть континентального шельфа в окрестностях зоны восточно-сахалинского разлома, к которой относятся территории Пильтун-Астохского и Лунского месторождений, характеризуются 9-балльной сейсмичностью.
Система морских и береговых нефтепроводов, газопроводов протянулась на 800 км от 53°с.ш. по меридиану на юг вдоль восточного побережья (рис. 2, см. Приложение).
Как показано на схеме, северная часть нефтепроводов и газопроводов до объединенного берегового технологического комплекса (БТК) выполнена из труб диаметром 20". Магистральный нефтепровод диаметром 24" и газопровод диаметром 48" от БТК до терминала отгрузки нефти и завода СПГ имеют соответственно протяженность 617,6 и 615,6 км. Магистрали проложены параллельно. Рабочее давление в магистральных трубопроводах 100 bar. Трассы трубопроводов уникальны по сложности природно-климатических условий. Они проложены по территории высокой сейсмической активности (до 9-10 баллов по MSK-64), пересекают множество рыбоохранных нерестовых рек и ручьев, участки, грунты которых разжижаются при землетрясении, гористую местность с неустойчивыми оползневыми склонами в 50° и др.
Но основную техническую сложность представляет пересечение трубопроводами 19 активных тектонических разломов, в том числе:
♦ 10 пересечений Ключевского разлома;
♦ 8 пересечений в поднятом крыле Ключевского разлома;
♦ одно пересечение Гаромайского разлома.
Активность тектонических разломов характеризуется наличием поверхностных смещений в голоценовый период (в течение последних 10 000 лет).
При этом рассматривалась вероятность землетрясения за 200;500;1000 и 2 000 лет. Максимальная сила землетрясений за 200 и 1000 лет была определена в 8,5 и 9,8 баллов по шкале MSK-64. Им соответствовали пиковые ускорения грунта 0,3 g и 0,69 g (g - ускорение свободного падения). Максимальные подвижки грунта, проектные смещения разломов:
- Ключевской разлом от 1 до 4,2 м;
- Разрывы в поднятом крыле Ключевского разлома от 0,7 до 2,1 м;
- Гаромайский разлом - 5,5 м.
- Проектные смещения соответствуют землетрясению с моментной магнитудой от 6,9 до 7,1 (Mw).
При землетрясениях возникают горизонтальные и вертикальные взаимные подвижки пластов грунта. Горизонтальные — вдоль разломов, образовывая сбросы по простиранию. Подвижки поперек разлома вызывают вертикальные взбросы/сбросы. Возможны также их различные комбинации.
Важнейшими факторами сейсмоопасности, которые могут повлиять на механическую целостность трубопроводов, являются: движение взбросов/сбросов, разжижение грунта, неустойчивость склонов (оползни), распространение сейсмических волн и сотрясение грунта.
Среди перечисленных опасностей наибольшую представляют пересечения активных тектонических разломов. Трубопроводы, пересекающие зоны разломов, должны выдерживать продольные деформации и деформации изгиба, связанные со смещением поверхности грунта.
Проектирование переходов через зону разломов основано на использовании способностей сварных стальных трубопроводов деформироваться в соответствии с движением грунта.
Дополнительные инженерно-геологические изыскания, проведенные во время этапа рабочего проектирования, заставили пересмотреть геотектонику разломов и практически увеличить расчетные смещения разломов, в некоторых случаях выходя за рамки решений предварительного проекта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Боровский Д.И., Кузьмин Ю.О., Надеин В.А., Никонов А.И. Опыт создания системы геодеформационного мониторинга в рамках реализации проектов «Сахалин-1» и «Сахалин-2» // Геодинамика в решении экологических проблем развития нефтегазового комплекса: Материалы IV Междунар. совещ. (Санкт-Петербург, сентябрь 2003). Т. 2. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. С. 49-54.
2. Махутов Н.А., Надеин В.А., Щеглов Б.А., Семьянистов А.И. Устойчивость магистрального трубопровода при продольном сейсмическом сжатии // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 4. С.103-110
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис. 1. Работа фрикционного маятникового подшипника скольжения
Рис. 2. Схема трубопроводной системы «Сахалин-2»
