Плавучий кессон для добычи и бурения в открытом море (варианты)

 

Плавучий кессон предназначен для бурения и добычи в открытом море. Кессон способен самостоятельно держаться на поверхности воды посредством цистерн плавучести и удерживаться в заданном положении посредством швартовых. Кессон имеет центральный колодец, через который проходят вертикальные трубы, предназначенные для бурения и/или добычи. Одна или более плит проходят из кессона в радиальном направлении ниже поверхности воды. Эти плиты обеспечивают дополнительную массу и сопротивление движениям, возникающим под воздействием волн за счет увеличения периода собственных колебаний кессона. Конструкция позволяет строить кессоны с меньшей осадкой, т.е. снижать их стоимость. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области устройств, находящихся в открытом море и предназначенных для бурения и добычи в открытом море, в частности к кессонам.

Используемые ранее плавучие конструкции, предназначенные для бурения и добычи, имели вертикально установленный плавучий корпус, верхняя часть которого возвышалась над водой, а нижняя часть была погружена в воду на заданную глубину. Подобная конструкция подвергается постоянному воздействию ветров, течений и волн, которое приводит к колебаниям конструкции в вертикальном направлении, а также к килевой и бортовой качке. Были предложены различные средства для уменьшения колебаний и качки, которые представляли собой горизонтально расположенные элементы, разнесенные вдоль продольной оси конструкции (US, патент 4516882). Расстояние между этими элементами было достаточно велико. Элементы выполняют функции балансиров при уравновешивании, при качке и, кроме того, регулируют плавучесть кессона. Известная конструкция дополнительно содержала якорную систему, а также швартовые. Кроме того, конструкция могла содержать балласт. К недостаткам известной конструкции следует отнести низкую эффективность гашения колебаний.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке конструкции с повышенной эффективностью гашения колебаний.

Для решения поставленной задачи предложено использовать кессон, выполненный с возможностью самостоятельно держаться на поверхности при бурении и добыче в открытом море, причем кессон содержит не менее одной плиты, проходящих в радиальном направлении наружу из кессона ниже уровня воды в рабочем положении кессона. При этом кессон предпочтительно содержит множество швартовых, каждый из которых прикреплен одним концом к кессону, при этом швартовые установлены в направляющих, расположенных в указанных плитах, проходящие в горизонтальном направлении. По второму варианту реализации изобретения предложено использовать кессон, выполненный с возможностью самостоятельно держаться на поверхности при бурении и добыче в открытом море, причем кессон содержит множество плит, проходящих в радиальном направлении наружу из кессона нижнего уровня воды в случае, когда кессон находится в рабочем положении, причем каждая из указанных плит имеет диаметр, который приблизительно в 1,75 раз превышает диаметр кессона, при этом указанные плиты отстоят друг от друга на расстоянии, которое составляет приблизительно 60 % от диаметра кессона.

В дальнейшем изобретение будет иллюстрировано с использованием графических материалов, где на фиг. 1 приведено изометрическое изображение конструкции, соответствующей настоящему изобретению. На фиг. 2 приведен вид сбоку (в разрезе) конструкции, соответствующей настоящему изобретению. На фиг. 3 приведен график, на котором иллюстрируется влияние расстояния между плитами, а также диаметра и числа плит.

На фиг. 1 приведена конструкция, соответствующая настоящему изобретению, указана общим ссылочным номером 10. Как следует из фиг. 2, плавучесть кессона 10 обеспечивается посредством цистерн 12 плавучести, которые могут иметь любое приемлемое поперечное сечение. Хотя поперечное сечение кессона 10 может изменятся по его длине, предпочтительно использовать равномерное по всей длине поперечное сечение. Кессон 10 может содержать изменяемый по объему балласт 14, отсеки 16 нефтехранилища, дифферентные цистерны 18 и стационарные балластные цистерны 20. Как следует из фиг. 1, кессон 10 может быть удержан в заданном положении посредством швартовых 22. Вертикальные трубы 24 могут быть использованы для бурения или добычи и проходят через центральный колодец 26 в кессоне 10 до противовыбросового превентора на его поверхности. Буровая установка 28 может быть расположена на верхней поверхности кессона 10.

В отличие от типового кессона, имеющего осадку порядка 152,4 - 213,4 м плавучий кессон, соответствующий данному изобретению, имеет осадку порядка 91,4 - 121,9 м. В этом случае малые колебания в вертикальном направлении гасятся использованием множества плит 30. Плиты (пластины) 30 установлены в районе нижнего конца кессона 10 и разнесены вдоль всей длины кессона 10. Плиты 30 жестко закреплены таким образом, чтобы проходить в радиальном направлении из кессона 10, располагаясь горизонтально относительно поверхности воды 32 в случае, когда кессон расположен в море в рабочем положении. Плиты 30 при колебаниях захватывают массу воду, которая увеличивает период собственных колебаний кессона 10 и смещает период собственных колебаний за пределы периодов максимальной энергии волны. Это и позволяет использовать меньшую осадку кессона. Следует отметить, что меньшая длина кессона требует и меньших усилий при буксировке и при переводе кессона в вертикальное положение. Кроме того, это позволяет сократить расход стали на постройку кессона и, следовательно, уменьшить его стоимость. Подобный кессон может быть использован на более мелких водоемах. В этом случае верхняя часть кессона возвышается над поверхностью воды примерно на 15,2 м, поддерживая буровую установку 28 и палубу 34. Хотя на графическом материале показано, что плиты 30 разнесены равномерно, но промежутки между плитами могут меняться в зависимости от требуемого влияния на период собственных колебаний кессона 10.

На фиг. 3 приведен график, построенный в результате модельных испытаний, проведенных на различных конструкциях кессонов и плит. Масса плит вместе с захваченной водой оказывает влияние на увеличение кажущейся осадки лонжерона. Например, на фиг. 3 показано, что эффект наличия двух плит, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,06 D ( т.е., отстоящие друг от друга на расстоянии, превышающем диаметр кессона в 0,06 раз) и при диаметре плиты, равном 1,5D (т.е. в 1,5 раз превышающего диаметр кессона) должен увеличить кажущуюся осадку примерно на один диаметр. Это показано как точка А на фиг. 3. В другом варианте, в точке В, показано, что наличие четырех плит диаметром D и отстоящих друг от друга на расстоянии 0,5D увеличит кажущуюся осадку почти на шесть диаметров.

Расстояния между плитами и их размер зависят от особенностей волн, ветров и течений, которые различны в различных частях мира. Например, в Мексиканском заливе, где на конструкцию кессона в основном влияют ураганы, требуемая осадка прямостоящего кессона составляет 152,4 - 213,4 м для обеспечения меньших колебаний в вертикальном направлении. Для кессона, имеющего ограниченную осадку, составляющую примерно 91,4 м и диаметр примерно 30,5 м, требуемая эффективная длина захвата воды составляет примерно 91,4 м или три диаметра. Из фиг. 3 следует, что это может быть достигнуто при использовании четырех плит диаметром 1,5D, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,3D - 0,5D. Если лонжерон имеет диаметр 21,3 м, то соответствующее увеличение эффективной осадки потребует эффективной длины захваченной массы, равной четырем диаметрам. Это потребует увеличения расстояния между плитами до размера примерно 0,7D или для уменьшения расстояния между плитами диаметр плит придется увеличить.

Для Северного моря, где период волны больше, требуется эффективная осадка примерно 213,4 - 2438 м. В этом случае желательно использовать большие расстояния между плитами, а также их диаметр.

В областях, где период волны меньше, расстояние между плитами и их диаметр могут быть уменьшены.

Швартовы 22 одним концом закреплены на якоре 30, укрепленном на морском дне 40, а другим концом - на кессоне 10. Как показано на фиг. 1, метод крепления швартовов 22 к кессону 10 предусматривает пропускание их через направляющие 36 в плитах 30. Направляющие 36 предотвращают износ и перетирание швартовых 22 и дают возможность крепить швартовы к кессону 10 в любой требуемой точке вдоль его длины. Предпочтительно их крепят к верхней части кессона 10.

Кессон 10 может быть изготовлен на стапеле в горизонтальном положении и затем спущен на воду. Плиты 30 могут быть установлены после того, как кессон будет на плаву. Если строительство и спуск состоялись в мелководной зоне, то часть плит может быть установлена еще на стапеле или на плаву. Затем кессон может быть отбуксирован на более глубокое место и переведен в вертикальное положение с демонтажом оставшихся плит.

Поскольку возможно множество вариантов реализации изобретения, то очевидно, что примеры, приведенные в материалах заявки, следует воспринимать как иллюстративные, а не ограничительные.

Формула изобретения

1. Плавучий кессон, выполненный с возможностью самостоятельно держаться на поверхности воды, предназначенный для бурения и добычи в открытом море, отличающийся тем, что он дополнительно содержит не менее одной плиты, которые проходят в радиальном направлении наружу из кессона ниже уровня воды при нахождении кессона в рабочем положении.

2. Кессон по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит множество швартовых, каждый из которых прикреплен одним концом к кессону, причем указанные швартовы установлены в направляющих, проходящих через плиты, ориентированные в горизонтальном направлении.

3. Плавучий кессон, выполненный с возможностью самостоятельно держаться на поверхности воды и предназначенный для бурения и добычи в открытом море, отличающийся тем, что он дополнительно содержит множество плит, которые проходят в радиальном направлении наружу из кессона ниже уровня воды при нахождении кессона в рабочем положении, причем каждая из указанных плит имеет диаметр, который приблизительно в 1,75 раз превышает величину диаметра кессона, при этом указанные плиты отстоят друг от друга на расстоянии приблизительно 60% от диаметра кессона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3