Для чего сваи на шельфе

МОРСКАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

МОРСКИЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ПЛАТФОРМЫ

Общие положения

Термином «стержневые стационарные» называются платформы, имеющие три основных блока (или части): свайный фундамент, стержневая несущая конструкция и верхняя часть, которая собственно и является платформой, т.е. площадкой, на которой размещается технологическое оборудование и помещения для обслуживающего персонала. Дадим краткое описание каждой части платформы.

Свайный фундамент представляет погруженные в грунт дна сваи в точках, на которых будут устанавливаться несущие стержни стержневой системы. Эти сваи (по одной или несколько в опорной точке) служат фундаментами для опорных стержней.

Стержневая система представляет конструкцию, состоящую из несущих вертикальных или наклонных стержней, усиленных поперечными связями, обеспечивающих необходимую жесткость конструкции в целом.

Верхняя, часть платформы представляет собой либо понтон, обладающий положительной плавучестью, либо ферменную или балочную конструкцию, имеющую настил, на котором размещается оборудование, производственные и жилые помещения.

Платформа на вертикальных сваях

Форма платформы, с вертикальными сваями, применяется в морях, на поверхности которых либо не образуется лед, либо образуется лед небольшой толщины, а глубины невелики (10- 20 м).

Платформа с вертикальными наклонными сваями

Для повышения уровня устойчивости платформы в целом может быть использована конструкция, с наклонными сваями. Основное отличие этой платформы, как видно из рисунка, заключается в наклонном расположении крайних несущих стержней. Тем самым достигается существенно большая жесткость конструкции всего сооружения; существенно меньшими будут поперечные перемещения верхней части (палубы) под воздействием ветра, волн и течений.

Стержневая стационарная платформа

Cтержневые стационарные платформы применяются и при больших глубинах. Стержневую несущую систему в этих случаях делают в форме усеченной пирамиды, имеющей в плане три, четыре и более несущих стержней. Все они подпираются и соединяются поперечными стержнями 3 и раскосами 4. Платформа, как и предыдущие, состоит из трех частей: верхней палуба 1, несущей стержневой системы 2 и свайных фундаментов под несущими стержнями 5. В результате образуется пространственная конструкция из несущих нагрузку стержней, а также поперечных и раскосных стержней. В практике строительства МНГС имеются примеры такого типа стационарных платформ при глубине моря до 400 м.

Следует отметить, что стержневые основания такого типа платформ называют часто сквозными или решетчатыми. Понятие «сквозное» означает, что вода при наличии волн и течений может проходить сквозь решетчатую конструкцию несущей части платформы. Для более надежного закрепления стационарной платформы в целом внутри основных несущих стержней в грунт забивают сваи удерживающие. После забивки в грунт на расчетную глубину эти сваи соединяются с несущими сваями. Отметим, что сваи, забиваемые в грунт внутри несущих стержней-опор, удерживают платформу не только от опрокидывания, но и от сдвига. Сваи из труб диаметром 1400 мм опускаются в грунт через отверстия в фундаментной плите, что обеспечивает точное размещение свай. На нижних концах свай имеется так называемый башмак, который после опускания сваи не дает возможности грунту проникать внутрь сваи.

Платформа с железобетонным фундаментом

Для повышения устойчивости стержневых конструкций платформ, что очень важно при больших глубинах моря, в основании стержневой конструкции устанавливается специальное железобетонное основание. На грунт устанавливается фундамент 1 в форме квадрата из монолитного железобетона. Фундамент изготавливается на стройплощадке в порту и доставляется буксирами к месту установки. Специально устраиваемые цилиндрические розетки 2 предназначены для установки в них несущих вертикальных стержней, изготовляемых, как правило, из труб. Эти трубы-стержни 3 показаны в виде линий с целью выделить фундаментную часть 1. Верхняя часть платформы, расположенная над поверхностью воды, используется для размещения бурового и другого технологического оборудования 4. Фундамент 1 может быть дополнительно закреплен сваями.

Объединение платформ при помощи эстакад

При освоении морских нефтегазовых месторождений в некоторых случаях в одном так называемом кусте размещаются две, три, а иногда и больщее количество платформ, объединяемых с помощью эстакад. Это позволяет обеспечить более оперативную работу обслуживающего персонала, а также повысить общую устойчивость каждой из платформ, т.е. иметь большую статическую определенность двух и даже трех объединенных платформ.

Прииведена схема двух платформ, объединенных переходным мостом. Верхнее строение 1 опирается на два стержневых блока 2, представляющих стержневые конструкции, опирающиеся на дно и закрепленные внутритрубными сваями. Расстояние между блоками 2 определяется из условий размещения на верхнем строении технологического оборудования и вспомогательных сооружений при условии обеспечения прочности ферм верхнего строения.

Стационарные платформы описанного вида применяются на морях, на которых не образуется ледовый покров. Это объясняется тем, что стержневые блоки даже с поперечными связями обладают слишком малым сопротивлением боковым нагрузкам от давления льда.

Источник

Платформы в открытом море: теория и практика строительства

История выхода нефтяников в море началась в Баку, на Каспийском море, и близ Санта-Барбары, штат Калифорния, на Тихом океане. Как российские, так и американские нефтяники пытались строить своего рода пирсы, которые уходили в море на несколько сот метров, чтобы начать бурение уже открытых на суше месторождений. Но настоящий прорыв произошел в конце 1940-х годов, когда опять же близ Баку и теперь уже в Мексиканском заливе начались работы в открытом море. Американцы гордятся достижением компании Kerr-McGee, которая в 1947 году пробурила первую промышленную скважину «вне видимости суши», то есть на расстоянии примерно 17 км от берега. Глубина моря была маленькая — всего 6 метров.

Однако знаменитая Книга рекордов Гиннесса первой в мире нефтедобывающей платформой считает знаменитые «Нефтяные камни» (Neft Daslari — азерб.) близ Баку. Сейчас это грандиозный комплекс платформ, который продолжает функционировать с 1949 года. Он состоит из 200 отдельных платформ и оснований и является настоящим городом в открытом море.

В 1950-е годы шло строительство морских платформ, основание которых представляли собой решетчатые башни, сваренные из металлических труб или профилей. Такие конструкции буквально прибивались к морскому дну специальными сваями, что обеспечивало им устойчивость при волнении. Сами конструкции были достаточно «прозрачны» для проходящих волн. Форма такого основания напоминает усеченную пирамиду, в донной части поперечник такой конструкции может быть вдвое шире, чем в верхней, на которой и устанавливается сама буровая платформа.

Существует множество конструкций подобных платформ. Собственные разработки, созданные на основе опыта эксплуатации «Нефтяных камней», были в СССР. Например, в 1976 году была установлена платформа «Имени 28 апреля» на глубине 84 метров. Но все же самой знаменитой платформой такого типа является Cognac в Мексиканском заливе, установленная для компании Shell в 1977 году на глубине 312 метров. Долгое время это был мировой рекорд. Разработка подобных платформ для глубин 300–400 метров ведется и поныне, однако подобные конструкции не могут сопротивляться ледовым атакам, и для решения данной проблемы были созданы специальные ледостойкие конструкции.

В 1967 году на арктическом шельфе Аляски было открыто крупнейшее американское месторождение Прудо-Бей. Потребовалось разработать стационарные платформы, которые бы выдержали ледовую нагрузку. Уже на ранних этапах появились две базовые идеи — создания больших кессонных платформ, а по сути своеобразных искусственных островов, которые бы выдерживали навал льда, либо же платформ на сравнительно тонких ногах, которые бы пропускали лед, разрезая этими ногами его поля. Таким примером является платформа Dolly Varden, прибитая к морскому дну через свои четыре стальные ноги, диаметр каждой из которых чуть больше 5 метров, при том, что расстояние между центрами опор — почти 25 метров. Сваи, которыми крепится платформа, уходят в грунт на глубину около 50 метров.

Примерами кессонной ледостойкой платформы являются платформы «Приразломная» в Печерском море и Molikpaq, она же «Пильтун-Астохская-А» на шельфе острова Сахалин. «Моликпак» разработан и построен для работы в море Бофорта, а в 1998 году она прошла реконструкцию и приступила к работе уже на новом месте. «Моликпак» представляет собой кессон, заполненный песком, который служит балластом, прижимающим дно платформы к поверхности морского дна. По сути дела дно «Моликпака» — огромная присоска, состоящая из нескольких секций. Эта технология была с успехом развита норвежскими инженерами в процессе освоения глубоководных месторождений Северного моря.

Североморская эпопея началась еще в ранние 70-е, однако поначалу нефтяники вполне обходились без экзотических решений — они строили проверенные платформы из трубчатых ферм. Новые решения потребовались при движении на большие глубины. Апофеозом строительства бетонных платформ стала башня Troll A, установленная на глубине 303 метров. Основание платформы представляет собой комплекс железобетонных кессонов, которые присасываются к морскому дну. Из основания растут четыре ноги, которые и поддерживают саму платформу. Общая высота этого сооружения — 472 метра, и это самое высокое сооружение, которое когда-либо перемещали в горизонтальной плоскости. Секрет тут еще в том, что такая платформа передвигается без барж, — ее надо только буксировать.

Определенным аналогом «Тролля» является ледостойкая платформа «Луньская-2», установленная в 2006 году на сахалинском шельфе. Несмотря на то, что глубина моря там всего около 50 метров, она, в отличие от «Тролля», должна сопротивляться ледовым нагрузкам. Разработка платформы и ее строительство велось норвежскими, российскими и финскими специалистами. Ее «сестрой» является однотипная платформа «Беркут», которая установлена на Пильтун-Астохском месторождении. Ее технологический комплекс, построенный компанией Samsung, является крупнейшим в мире сооружением такого рода.

80-е и 90-е годы ХХ века ознаменовались появлением новых конструктивных идей для освоения глубоководных месторождений нефти. При этом формально нефтяники, пересекая 200-метровую глубину, вышли за пределы шельфа и стали спускаться глубже по материковому склону. Циклопические конструкции, которые должны были стоять на морском дне, приближаются к пределу возможного. И новое решение предложили вновь в компании Kerr-McGee — построить плавучую платформу в форме навигационной вехи.

Идея до гениальности проста. Строится цилиндр большого диаметра, герметичный и очень длинный. В нижней части цилиндра размещается груз из материала, который имеет удельный вес больше, чем у воды, — например, песок. В результате получается поплавок с центром тяжести далеко ниже уровня воды. За свою нижнюю часть платформа типа Spar крепится тросами к донным анкерам — специальным якорям, которые ввинчены в морское дно. Первая платформа такого типа под названием Neptune была построена в Мексиканском заливе в 1996 году на глубине 590 метров. Длина конструкции более 230 метров при диаметре 22 метра. На сегодняшний день самой глубоководной платформой такого типа является установка Perdido, работающая на компанию Shell, в Мексиканском заливе на глубине 2450 метров.

Освоение морских месторождений требует все новых и новых разработок и технологий не только в собственно строительстве платформ, но и по части обслуживающей их инфраструктуры — такой как трубопроводы, например, которые должны обладать особенными свойствами для работы в морских условиях. Этот процесс идет во всех развитых странах, которые занимаются выпуском соответствующей продукции. В России, например, уральские трубники из ЧТПЗ активно развивают производство трубной продукции, специально ориентированной для эксплуатации на шельфе и в сложных условиях Арктики. В начале марта были представлены новые разработки — такие, как трубы большого диаметра для райзеров (водоотделяющих колонн, связывающих платформу с подводным оборудованием) и прочих конструкций, требующих стойкости в условиях Арктики. Работы ускоряет необходимость в импортозамещении — от российских компаний поступает все больше запросов на обсадные трубы и прочее оборудование для обустройства скважин под водой. Технологии не стоят на месте, а значит, и появляются возможности для освоения новых перспективных месторождений.

Источник

Морское бурение

По глубине скважин морское бурение подразделяют на морское неглубокое бурение (до 500 м ниже уровня дна моря) для поиска твёрдых полезных ископаемых, инженерно-геологических и структурно-картировочных изысканий, научных исследований и т.д. и морское глубоководное бурение преимущественно для поиска и освоения нефтегазовых ресурсов Мирового океана.

Морское бурение, выполняемое с целью изучения строения земной коры, может относиться к обоим видам.

Специфика проведения этих работ в море обусловлена:

уникальностью технических средств,

особенностями производства работ под водой,

эксплуатация объекта и тд.

Морское бурение осуществляется со стационарных гидротехнических сооружений и плавучих буровых установок.

К стационарным гидротехническим сооружениям относятся эстакадные площадки, дамбы, искусственные грунтовые острова, сооружаемые на мелководье (глубина воды до 30 м), и стационарные платформы, устанавливаемые на больших глубинах.

Самая глубоководная стационарная платформа сооружена в 1980 на месторождении Коньяк в Мексиканском заливе (глубина воды 312 м). Разработаны проекты глубоководных стационарных платформ для глубин воды 450-600 м.

На шельфе арктических морей (например, море Бофорта) для бурения поисково-разведочных скважин сооружают также искусственные ледовые острова 2 х типов: плавучие и опирающиеся на дно.

Ледовые острова строят путем налива или набрызгивания морской воды на естественный лед.

По технологии закачивания скважин различают морское бурение с надводным или подводным расположением устья скважины.

Бурение с надводным расположением устья ведут со стационарных гидротехнических сооружений и с самоподъёмных буровых установок (СПБУ).

Технология бурения, закачивания и испытания морских скважин с надводным расположением устья аналогична подобным работам на суше.

Бурение морских скважин с подводным расположением устья производится с буровых судов, полупогружных и самоподъёмных буровых установок, а также с плавучих искусственных ледовых островов.

Самоподъёмные платформы с консольным расположением вышечного блока могут бурить скважины как с подводным, так и с надводным расположением устья, причём в последнем варианте устье располагается на отдельной стационарной платформе.

Техника и технология бурения скважин с подводным расположением устья имеют ряд отличий от техники и технологии бурения на суше.

После забивки в морское дно направления, играющего роль сваи, на нём устанавливают донную плиту, на которой с помощью водолазов или направляющих канатов монтируют подводный устьевой буровой комплекс массой 90-175 т и высотой до 12 м.

Комплекс соединён с плавучей буровой платформой водоотделяющей колонной, на которой снаружи закреплены линии манифольда и выкида.

Для натяжения водоизолирующей колонны применяют специальные системы натяжения, а в случае длинных колонн для уменьшения веса к ним крепят специальные поплавки.

Подводный устьевой комплекс включает: блок дивертора и переходный блок с системами управления; блок превенторов (превенторы с трубными, глухими и срезающими плашками, а также универсальные превенторы); аварийную акустическую систему управления противовыбросовым оборудованием и др.

Над верхним универсальным превентором может располагаться узел шарнирного соединения, допускающий изгиб водоотделяющей колонны в пределах до 10° в любом направлении.

На полупогружных буровых установках и буровых судах над вертлюгом размещают компенсатор вертикальных перемещений, позволяющий сохранять постоянную нагрузку на буровой инструмент при вертикальных перемещениях судна, вызванных волнением моря. Аналогичную технику применяют при бурении с искусственных плавучих ледовых островов.

Стоимость морского бурения выше, чем на суше:

Бурение морских разведочных скважин на незамерзающем шельфе проводится почти исключительно с буровых установок погружного, полупогружного, самоподъёмного типов и буровых судов.

Бурение эксплуатационных скважин ведется со стационарных буровых платформ 1 или 2 мя буровыми станками.

Наметилась тенденция к росту числа эксплуатационных скважин с подводным закачиванием устья, бурение которых ведётся с самоподъёмных или полупогружных платформ.

История морского бурения.

В России морское бурение началось засыпкой Бибиэбатской бухты и последующим бурением с засыпанной территории.

Затем стали использоваться стационарные платформы для бурения при глубине воды более 100 м.

Полигоном для внедрения новой техники и технологий стало Северное море.

В 1970-1980 гг. в Северном море были установ­лены морские стационарные платформы гравитационного типа, прообраз МЛСП Приразломная.

Подводное устьевое оборудование

На море широко используются комп­лексы подводного устьевого оборудования, устанавливаемые на мор­ском дне.

Такое расположение позволяет наибольшие смещения плавсредства от центра скважины, а установленное на морском дне оборудо­вание меньше подвержено механическим повреждениям.

Комплекс подводного устьевого оборудования (ПУО) предназначен для:

направления в скважину бурильного инструмента,

обеспечения замк­нутой циркуляции бурового раствора,

управления скважиной при буре­нии и др.;

наземного закрытия бурящейся скважины с целью предупреждения возможного выброса из скважины при аварийных ситуациях или при отсоединении буровой установки в случае больших волнений моря.

Существует разные конструкций ПУО, обеспечивающих бурение скважин на различных глубинах моря.

Ниже показана схема расположения подводного комплекса устьевого оборудования на полупогружной плавучей буровой установке (ППБУ).

На палубе ППБУ постоянно смонтировано оборудование:

натяжные устройства 1 с направляющими роликами. 2, поддерживающие водоотделяющий стояк в постоянно натянутом состоянии и компенсирующие перемещения ППБУ относительно стояка, соединен­ного нижним концом с противовыбросовым оборудованием (ПО);

лебедки 4 с приводом для намотки и хранения многоканальных шлангов дистанционного управления ПО;

лебедки 5 для подъема и спуска многоканальных шлангов 9 и коллек­торов 11 дистанционного гидравлического управления;

главная электрическая панель бурильщика 3 для управления ПУО и минипанель 6, гидравлическая силовая установка 7 с гидронасосами и пневмогидравлическими аккумуляторами;

манифольд регулированием дросселирования и глушении сква­жины 17;

блок противовыбросового оборудования 18;

компенсатор вертикальных перемещений бурильной колонны, подвешенный на вышке;

натяжные устройства 19, поддерживающие направляющие канаты постоянно натянутыми и компенсирующие перемещение платформы относительно подводного устьевого оборудования.

Комплектность подводного комплекса:

водоотделяющая колонна (мор­ской стояк) 10,

многоканальный шланг 9, 15 коллекторы 11, плашечные превенторы 12, опорно-направляющее основание 13, опор­ная плита 14, направляющие канаты 16, верхняя и нижняя гидравли­ческие муфты, шаровое соединение (угловой компенсатор), телеви­зионная камера телескопического компенсатора и другие узлы.

Особенности бурения морских нефтяных и газовых скважин

Отличия охватывают круг вопросов, связанных с:

конструкцией скважин в верхней (подводной) части,

забуриванием ствола скважины,

оборудованием противовыбросовыми уст­ройствами устья скважины и др.

Для компенсации вертикальных перемещений бурильной колонны между талевым блоком и крюком устанавливается специальное устройство-компенсатор вертикальных перемещений.

Буровая вышка испытывает дополнительные динамические нагрузки, возникающие во время качки, как при бурении, так и при переходе с оконченной бурением скважины на новую точку.

Циркуляционная система промывки скважины, очистки и приготов­ления бурового раствора выполняется закрытой и замкнутой, так как применение открытой желобной системы из-за качки затруднена.

Особенность работы механиз­мов авто­матизации спуско-подъемных операций (АСП) на буровых установках, находящихся на плаву, связана с качкой плавучего бурового средства. Возникает необходи­мость в участии дополнительных механизмов: компенсатора вертикальных перемещений, нижнего захвата, нижнего магазина и др.

Выполнение спуско-подъемных операций с применением механизмов АСП при волнении моря, является сложным технологическим процес­сом. Совмещение операций свинчивания и развинчивания свечей с опе­рациями спуска и подъема бурильной колонны, требует от буровой вахты высокой квалификации.

Обслуживание работ в море

Используют вспомогательные плаву­чие средства:

плавучие краны и крановые суда с набором комплекса сваебойного оборудования и оборудования для производства погрузочно-разгрузочных работ;

суда снабжения обычного типа и ледового класса;

морские буксиры, транспортные баржи;

суда по борьбе с пожаром, ЛАРН;

суда по доставке экипажа МБП, эвакуации персонала в случае аварий;

вертолеты обслуживания объектов в море.

перевозку опорных блоков и модулей верхнего строения МБП и установку их на месте эксплуатации;

установку подводных трубопроводов;

снабжение МБП и специальных плавсредств необ­ходимыми материалами и инструментами на всех этапах освоения месторождения;

очистку акваторий морей от загрязнения;

ЛАРН, борьба с авариями и пожарами;

Правила работы на море.

1. Все члены буровой бригады, особенно бурильщики, должны хорошо знать:

геолого-технический наряд (ГТН),

особенности бурения в данном районе,

геологический разрез скважины, интервалы возможных осложнений.

2. Члены буровой бригады должны быть совместимыми друг с другом. Взаимоотноше­ния внутри бригады могут играть решающую роль в экстре­мальных ситуациях (аварии, газовые выбросы, пожары и т.д.), при которых от буровой бригады требуется мастерство, хладно­кровие, мужество и самоотверженность.

3. Все члены буровой бригады, должны иметь высокую квалификацию.

4. Процесс бурения следует выполнять в точности согласно технологическому процессу, без отклонений.

5. Дисциплина и бдительность во время всего техпроцесса строи­тельства скважины.

6. Соблюдение правил техники безопасности. Каждый член буровой бригады должен твердо знать свои обязанности при нештатной ситуации.

7. Каждый член буровой бригады должен строго следовать должностной инструкции.

Источник

Потеснить море. Как и зачем строят искусственные острова

В сюжете «Батавия» из книги «История Европы» Норман Дэвис рассказывает о жутком виде исправительных работ, применявшихся в Голландии в XVII веке. Осужденного помещали в запечатанную камеру, где был только насос и кран с текущей водой. Несчастному приходилось постоянно эту воду откачивать, иначе он рисковал захлебнуться. Подобная экзекуция применялась для перевоспитания тунеядцев и в миниатюре представляла именно тот культурно-географический контекст, в котором развивались Нидерланды. Так воспитывался «батавский характер».

Сегодня донельзя сложно читать о том, что государство Кирибати то ли тонет, то ли просто имитирует, чтобы под благовидным предлогом купить земли у Фиджи. Тем не менее, при ощутимом подъеме уровня моря – в XXI веке уровень моря может повыситься на 1 метр – мы продолжаем проявлять батавский характер и активно развиваем технологии возведения искусственных островов.

Возвращаясь к Голландии, оговоримся, что искусственные острова не являются принципиально новым изобретением или новой технологией и возводились на протяжении веков. Рассмотрим несколько примеров таких островов и их назначение.

Эйсселог, Нидерланды

Остров Эйсселог находится в центре озера Кетемер в западной части страны, провинция Флеволанд. Сам Флеволанд также фактически является искусственным островом, постепенно осушенным после того, как в 1282 году озеро Флево слилось с морем, образовав залив Зейдерзее. Далее территория Флеволанда поэтапно осушалась с конца XIX века, но была затоплена в апреле 1945 года отступавшими немецкими войсками и окончательно восстановлена примерно в конце 1950-х. Остров Эйсселог возведен в 1997 году. Имеет практически круглую форму, окружен дамбой и служит хранилищем шлама, а также токсичных промышленных отходов, сливавшихся по Рейну в 1950-1990-е годы. Диаметр острова 1 км, высота дамбы вокруг него – 10 м. Таким образом удалось свести к минимуму контакт местных жителей с этими отходами и загрязнение окружающей среды.

Искусственные фешенебельные острова в Персидском Заливе

Жемчужина Катара – искусственный остров, заложенный в 2004 году шейхом Абдуллой Бен Халифа Аль Тани, представляет собой один большой предмет роскоши. Остров рассчитан более чем на 40 000 жителей, на нем возведены и еще будут выстроены десятки небоскребов. Набережные заняты прогулочными зонами и магазинами мировых брендов. На острове даже планируется возвести копию венецианского моста Риальто. Этот остров, как и более известный архипелаг «Мир» близ Дубая – средство для привлечения туристов, а не клочок суши, отвоеванный у моря. Тем не менее, искусственные острова Персидского залива рассчитаны на века; так, дубайский архипелаг должен простоять порядка 800 лет.

Кансай

Кансай – это остров-аэропорт, выстроенный в японском заливе у города Осака. Осака является одним из самых густонаселенных и крупных городов Японии – 2 865 000 человек живут на площади 223 квадратных километра. Кроме того, рядом с городом Осака расположен одноименный старый аэропорт, работающий с 1939 года. Поэтому две очереди международного аэропорта было решено возвести на искусственных островах. Первая очередь (остров площадью 820 гектаров) была открыта в 1994 году, а вторая (остров площадью 580 гектаров) – в 2003 году. Уже в 1995 году Кансай оказался в зоне поражения землетрясения в Кобе. Кобе находится на северном берегу Осакского залива, а Осака – на восточном; расстояние от Кобе до Кансая – около 29 км. При этом сила землетрясения в Кобе составила 7,3 балла по шкале Рихтера, погибло почти 6500 человек, но аэропорт Кансай не пострадал. По состоянию на 2006 год проседание первого острова почти прекратилось (до 6 см в год), поэтому в настоящее время в районе Кансай появились и дома для сотрудников аэропорта, и зеленые зоны; также планируется возведение третьей очереди аэропорта.

Область применения искусственных островов не ограничивается тремя этими примерами – примеры были приведены в качестве иллюстрации того, что искусственные острова являются важной культурной составляющей современной цивилизации и возводятся в разных регионах в качестве вспомогательных территорий, позволяющих разгрузить материк или город. Тем не менее, именно в наше время искусственные острова оказываются на стыке двух глобальных тенденций, во многом противоречащих друг другу. Это

Перенаселение мегаполисов, вынуждающее расширять территории городов за счет моря;

Глобальное потепление, в результате которого искусственные острова оказываются под угрозой затопления.

Также искусственные острова играют важнейшую роль в энергетике, основанной как на ископаемом топливе, так и на альтернативных «зеленых» источниках. Обо всем этом мы поговорим далее, но сначала давайте рассмотрим технологию возведения искусственных островов.

Технология

Возведение искусственного острова всегда сопряжено с трудностями, и чем дальше новый остров будет располагаться от материка, тем сложнее сделать такой остров.

Перед началом основополагающих строительных работ изучается структура морского дна, и после инженерного анализа на этапе первичной проработки проекта выбирается местоположение для острова.

Далее конструируется свайный периметр острова, изготавливаемый из камня или из труб. В качестве волнолома выстраивается длинный «рукав». Он не только защищает остров от волн и океанических течений, но и укрывает область порта, и защищает суда, пришвартованные к пирсу острова. При отсутствии волнолома остров остается беззащитен. Без должного предохранения островные конструкции станут постепенно проседать, до тех пор, пока весь остров не будет постепенно смыт в море.

После того, как свайный контур стабилизируется выше уровня моря, в дело вступают тяжелые машины, при помощи которых продолжается надстройка стен периметра. Аналогичный строительный процесс используется позже для возведения защитных каменных уклонов, окружающих по периметру весь остров. В результате вокруг острова образуется несколько уровней защиты, и каждый играет важную роль в предохранении всего комплекса от мощных волн океана. Ядро острова конструируется из твердых пород, которые насыпаются на дно моря или другого естественного водоема.

Если остров возводится в открытом море, то над этим ядром настилается каменная облицовка. У основания ядра выстраивается «якорь», скрепляющий остров с дном океана, он состоит из камней весом примерно по 6 тонн каждый. Вокруг «якоря» надстраивается последний защитный уровень, который возводится на завершающей стадии создания острова.

Далее начинается строительство поверхности острова. В рамках этого этапа возводится весь массив острова, это делается методом «заполнения». Для заполнения собирают песок со специально подобранных участков морского дна, затем этот песок доставляют на место будущего острова и насыпают остров.

Как только удается насыпать достаточно большой поверхностный объем грунта, в ход идет «конвейерно-трубный» метод. Это самый медленный и, в то же время, наиболее аккуратный способ, поскольку грунт, выдуваемый из труб, сразу же обрабатывается машинами, действующими на поверхности, благодаря чему остров постепенно приобретает заданную форму.

Рыхлый песок необходимо дополнительно обрабатывать, чтобы строить на нем было безопасно. Для этого применяется процесс под названием «виброкомпрессия». При виброкомпрессии в грунт на глубину около 20 метров внедряется большой стержень, который начинает вибрировать. В результате этого процесса песчинки перераспределяются и спрессовываются. Затем стержень постепенно извлекается с шагом один метр, и снова начинает вибрировать, что обеспечивает сжатие разных слоев песка. В естественных условиях такой процесс занял бы целые десятилетия. При обнаружении слабых мест процесс виброкомпрессии повторяется вплоть до достижения нужного результата. По завершении этого этапа поверхность обрабатывается катками, которые захватывают грунт только на глубину 900 мм.

При строительстве острова необходимо учитывать потенциальную эрозию и размывание и во всех подобных случаях ее нейтрализовать. Непрестанное многолетнее воздействие океанического или речного течения – источник больших проблем. Песок, составляющий основу острова, может скапливаться в зазорах между окружающими его большими камнями. Это может привести к большим структурным проблемам. Во избежание подобного делаются специальные барьеры из геотекстиля – исключительного прочного волокна, которое может прослужить несколько сотен лет. Волокном покрывается весь остров, так создается закрытая система, из которой песок не может выскальзывать.

Образование естественных пород — не единственная мера противодействия течениям. Периметр острова опоясывают бетонным контуром, который служит последним уровнем защиты. Эти огромные блоки, имеющие X-образную форму, рассеивают ударную силу каждой накатывающей на них волны.

Бетонные блоки устанавливают при помощи кранов, оснащенных специальным оборудованием, работу которого контролируют водолазы; в свою очередь, водолазы пользуются инфракрасными камерами.

На следующем этапе обычно конструируется гавань, форма которой может варьироваться в зависимости от проектных планов. Для снижения уровня воды до расчетной безопасной отметки, на входе в гавань устанавливается дополнительная стенка, опирающаяся на большие металлические листы, отграничивающие пространство гавани от водоема. Листы поднимают краном, после чего углубляют в грунт примерно на 12 метров. Далее над ними надстраивается песчаная стенка.

На последнем этапе, когда внутренние стенки гавани укреплены, песчаный барьер удаляется, и вода заполняет готовую гавань.

Островостроение в энергетике

Выше были рассмотрены наиболее очевидные варианты применения искусственных островов – расширение территории мегаполиса для развертывания дополнительных технических или жилых районов. Тем не менее, искусственные острова оказываются незаменимы как раз в той сфере, которая сильнее сопряжена с нарастанием глобального потепления и попытками его купировать. Речь об энергетике, как традиционной, так и «зеленой».

В феврале 2021 года было объявлено, что Дания собирается возвести в 50 милях от Ютландии вот такой искусственный остров, который будет застроен ветроэлектростанциями и станет вырабатывать 10 ГВ энергии, чего хватит на обеспечение примерно 10 миллионов европейских домохозяйств. Проект должен быть сдан в эксплуатацию к 2033 году.

Кроме того, на этом острове планируется развернуть установки по извлечению водорода из морской воды, а водород, в свою очередь, является экологически чистым топливом, совершенно не дающим парниковых выбросов. Строительство такого острова является логичным шагом в развитии прибрежных ветропарков. Возводить ветропарк в прибрежных водах дороже, чем на суше – чем дальше от берега, тем сложнее обеспечить устойчивость ветряка.

Тем не менее, строительство ветроэлектростанций в море энергетически является более выгодным, чем на суше, так как вдали от берега ветер обычно сильнее, а к тому же усиливается в вечерние часы, когда люди возвращаются домой, и «коммунальное» потребление электричества возрастает. Именно поэтому датский проект запускается с заделом на перспективу, а сам остров строится «между густонаселенных берегов». Впоследствии рядом с ним планируется возвести еще не менее двух подобных островов, создав целый «ветроэнергетический хаб». Находиться он будет здесь:

Не менее заманчивые перспективы, связанные со строительством искусственных островов, открываются и в углеводородной энергетике. Еще в 2013 году появились проекты, связанные с созданием искусственных островов для разработки нефтяного месторождения Закум в Персидском заливе. Проектом занимаются Объединенные Арабские Эмираты – как мы уже знаем, эта страна поднаторела в постройке фешенебельных искусственных островов. С географической точки зрения Персидский Залив сопоставим с Северным Морем: добытую нефть легко направить на материк при помощи трубопровода для последующей переработки. Сама нефть залегает не слишком глубоко, а в заливе отсутствуют сильные штормы и течения. При этом буровые платформы приобретают дополнительную устойчивость, будучи возведены на суше, даже искусственной. Вокруг платформы возводятся вспомогательные постройки. Сам же остров хорошо подходит для обустройства нефтяного резервуара, обеспечивающего временное хранение добытой нефти. Получается такая картина:

Технические детали месторождения приведены здесь. Наиболее серьезным ограничивающим фактором при применении искусственных островов в нефтедобывающей промышленности является малая глубина, на которой они могут конкурировать с обычными платформами (15-20 метров). Кроме того, вряд ли искусственные острова можно будет применять на северных шельфах, где им потребуется обеспечить достаточную прочность, чтобы их не повреждали полярные льды.

Неспокойное Южно-Китайское море

Пожалуй, наиболее взрывоопасный аспект строительства островов связан с их применением в качестве военных (военно-воздушных) баз. Именно в таком направлении развивает эту технологию Китай. Выше мы убедились в том, что постройка искусственного острова для аэропорта Кансай была отлично выполнена еще в конце прошлого века. Китай, осваивающий спорные территории вдали от своих южных берегов, предпочитает строить новые острова, а не захватывать уже существующие. Вернее, Китай придерживается гибридной стратегии: с 2016 года он надстраивает рифы. Рифы не пригодны ни для обитания, ни для контроля над морскими путями, ни для добычи углеводородов. В 2019 году на шельфе Южно-Китайского моря обнаружены внушительные запасы природного газа, и Китай явочным порядком объявляет о намерении приступить к их разработке до 2023 года. Китаю требуются искусственные острова на месте рифов Спратли, расположенных в спорных водах: на эту территорию также претендуют Филиппины. Подробный разбор китайской экспансии и сопутствующей милитаризации Южно-Китайского моря по состоянию на 2020 год дан здесь. Суть претензий Филиппин, США и их союзников в регионе заключается в том, что, по данным спутниковых снимков, Китай располагает на искусственно расширенных островах в архипелаге Спратли свои ракеты и средства радиоэлектронной борьбы.

Заключение

Впрочем, применимость любых новых технологий в военной сфере чуть реже чем всегда дает мощный толчок к развитию этих разработок. Поэтому в обозримом будущем остается с интересом наблюдать за возведением искусственных островов и архипелагов. Пока остается еще раз подчеркнуть поразительную многогранность этой новой технологии:

Искусственные острова могут спасать мегаполисы от перенаселения, как это происходит в Гонконге, либо служить для концентрации исключительной роскоши, как в Катаре и ОАЭ

Искусственные острова – это плацдармы для развития «черной» и «зеленой» энергетики

Искусственные острова служат как для изоляции вредных производств и отходов, так и в целом позволяют улучшить экологию, поскольку при их использовании остаются нетронутыми естественные острова, обладающие аналогичной площадью и географическим положением

Искусственные острова особенно нужны в Восточной Азии и, в частности, в Японии, где при их возведении приходится учитывать сейсмические факторы и, соответственно, развивать сопутствующие технологии.

Логичным продолжением описанных здесь тенденций и наработок было бы создание большого искусственного острова, устланного солнечными панелями. Материалов о подобных проектах я не нашел – но непременно вернусь к теме, если встречу.

Источник