Плавучее буровое/добычное морское основание с малой осадкой (варианты)

 

Изобретение относится к морским основаниям для бурения и добычи нефти. Плавучее буровое/добычное морское основание с малой осадкой содержит плавучий корпус, на котором может быть размещен один или несколько модулей или палуб для поддержки эксплуатационного оборудования буровой установки, вспомогательных приспособлений и кают для персонала. Бурение и/или добыча осуществляются через центральную скважину в корпусе. В корпусе имеется фиксированный балласт, зона хранения нефти, пустоты и переменный балласт для создания противовеса более легкого веса хранящейся нефти. Корпус спроектирован таким образом, что он имеет относительно малую площадь ватерлинии. Корпус также спроектирован таким образом, что он имеет периоды бортовой и килевой качки, которые расстроены относительно волн в той зоне, где должна быть установлена данная конструкция. Достигается уменьшение стоимости проекта и уменьшение срока его внедрения, а также обеспечивается возможность производить операции бурения при меньшем воздействии изменяющихся погодных условий. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение имеет отношение к созданию морского основания для бурения и добычи нефти, а более конкретно, касается создания плавучих конструкций, используемых в таких операциях.

При добыче нефти в открытом море плавучие конструкции используют в зонах, где большая морская глубина приводит к недопустимо высокой для практического осуществления стоимости стационарных опорных блоков, закрепленных на морском дне, не позволяющей получить достаточный экономический эффект, даже при значительных нефтяных запасах. Такие известные плавучие конструкции включают в себя полупогружные подземные буровые установки, морские основания, которые закреплены на месте при помощи множества якорей, морские основания с динамической установкой, в которых использовано множество движителей для удержания баржи в определенном местоположении, а также морские основания с вертикальным якорным креплением (TLP).

В каждой из конструкций имеются определенные преимущества и недостатки. Например, хотя морские основания с динамической установкой не имеют якорей и швартовов, но они имеют большую площадь поверхности для воздействия волн и течений, что может приводить к существенной затрате энергии для их удержания на месте. Большая площадь поверхности также приводит к тому, что морское основание при воздействии волн получает вертикальную, килевую и бортовую качку. Полупогружные подъемные буровые установки имеют меньшую площадь поверхности для воздействия волн, поэтому они менее подвержены килевой и бортовой качке, однако они все же подвержены вертикальной качке, кроме того, они не предназначены для хранения больших количеств нефти.

Сведение к минимуму создаваемых окружающей средой перемещений желательно не только из соображений безопасности и комфорта, но также из эксплуатационных соображений, так как буровые и добычные соединения должны быть спроектированы с учетом перемещений конструкции. Стоимость проектирования и построения соединений прямо связана с величиной вертикальной, килевой и бортовой качки конструкции.

TLP позволяет относительно успешно свести к минимуму вертикальную, килевую и бортовую качку. Однако TLP представляет собой конструкцию с большой осадкой, которая предназначена в первую очередь для глубоководных районов, где море может становиться относительно бурным.

Известно плавучее буровое /добычное морское основание с малой осадкой, содержащее плавучий корпус, имеющий секцию переменного балласта внутри него и вертикально проходящую через него скважину /см. патент США N 3837309, публ. 24.09.74, кл. B 63 B 35/44/.

Данное плавучее буровое/добычное морское основание с малой осадкой выбрано в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

Современное состояние уровня техники не позволяет адекватным образом решить задачу нефтедобычи в глубоководных районах, где море является относительно спокойным, и если бывают максимальные волны, то они редко превышают высоту 9-12 метров.

Техническим результатом изобретения является создание плавучего морского основания, в котором корпус и палубы могут быть сконструированы независимо друг от друга и собраны на том месте, которое не обязательно является конечным местом добычи, что снижает стоимость проекта и уменьшает сроки его внедрения, а также создание плавучего морского основания, которое имеет благоприятные характеристики вертикальной, килевой и бортовой качки, что позволяет использовать стальные водоотделяющие колонны для бурения и добычи, а также производить операции бурения при меньшем воздействии изменяющихся погодных условий.

Он достигается тем, что в плавучем буровом/добычном морском основании с малой осадкой, содержащем плавучий корпус, имеющий секцию переменного балласта внутри него и вертикально проходящую через него скважину, плавучий корпус содержит концевые участки, которые ограничивают по меньшей мере одну U-образную секцию в указанном корпусе, причем вершина U-образной секции находится над ватерлинией, а основание U-образной секции находится под водой в случае установки корпуса с его рабочей осадкой, при этом указанный корпус приспособлен для приема палубы сверху U-образной секции, и содержит также секцию фиксированного балласта на нижнем конце этого корпуса, секцию хранения нефти внутри указанного корпуса, причем секция хранения нефти имеет уравновешенное с морем давление, и перегородку в нижней части U-образной секции указанного корпуса.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан вид в изометрии устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показан забортный профиль устройства с установленными палубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 показан буртовой профиль устройства с установленными палубами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 показано сечение по линии 4-4 фиг. 3.

На фиг. 5 показано сечение по линии 5-5 фиг. 3.

На фиг. 6 показано сечение по линии 6-6 фиг. 3.

На фиг. 7 показано сечение по линии 7-7 фиг. 4.

На фиг. 8 показано сечение по линии 8-8 фиг. 4.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показан пример построения устройства в соответствии с настоящим изобретением, которое в общем виде обозначено позицией 10. Плавучее морское основание с малой осадкой 10 включает в себя плавучий корпус 12, который содержит секцию 14 для фиксированного балласта, секцию 16 для хранения нефти, секцию 18 для пустот и переменного балласта, и секцию 20 для приема и установки модулей или палуб эксплуатационного оборудования, буровой установки, вспомогательных приспособлений и кают для персонала. В корпусе 12 также имеется скважина 22, которая проходит вертикально через корпус для установки водоотделяющих колонн, используемых при бурении и добыче из скважин на морском дне.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, секция 14 фиксированного балласта располагается на нижнем конце корпуса 12. При размещении фиксированного балласта на нижнем конце конструкции центр тяжести смещается ниже центра плавучести. Фиксированный балласт может быть образован любым подходящим материалом, таким как бетон, что позволяет снизить стоимость конструкции. Само собой разумеется, что толщина и вес фиксированного балласта будут зависеть от размера, веса и водоизмещения конструкции.

Секция 16 для хранения нефти имеет уравновешенное давление за счет впуска в нее морской воды со стороны основания. Это показано на фиг. 3, где позицией 17 показана уравновешивающая морская вода в секции 16. Если необходимо выполнение определенных требований, предъявляемых к конструкции нефтяных танкеров, то секция 16 для хранения нефти может иметь двойные стенки.

Пустоты 19 в секции 18, которые можно видеть на фиг. 3 и 4, 5, 7 и 8, обеспечивают плавучесть морского основания 10. Участки переменного балласта 21 секции 18, которые можно видеть на фиг. 3, 6 и 8, используются для создания противовеса более легкого веса хранящейся нефти. Для поддержания постоянной осадки требуется ориентировочно один кубический фут (28,3 дм³) морской воды для создания противовеса плавучести одного барреля нефти. Поддержание постоянной осадки является желательным, так как водоотделяющие колонны соединены с морским дном и относительное перемещение арматуры является ограниченным.

Как это лучше всего видно на фиг. 1-3, корпус 12 спроектирован таким образом и имеет такую форму, что при его рабочей осадке, указанной ватерлинией 24, площадь ватерлинии корпуса намного меньше, чем подводная нижняя площадь основного участка корпуса. Это обеспечивается за счет предусмотрения пустот 19 в центре и на каждом конце корпуса, которые можно видеть на фиг. 3, 4, 5 и 8, которые идут вверх от каждой из торцевых секций и от центральной секции корпуса и образуют главным образом U-образную или срезанную секцию на каждом конце корпуса и в его центре. При рабочей осадке вершина U-образной секции находится над ватерлинией, а основание U-образной секции находится под водой. Это приводят к намного меньшей площади ватерлинии корпуса по сравнению с аналогичной площадью для случая рабочей осадки корпуса на уровне секции 16 для хранения нефти, что справедливо для судов. Относительно малая площадь ватерлинии обеспечивает длительный естественный период вертикальной качки корпуса, который намного больше периода волн.

Периоды бортовой и килевой качки корпуса имеют расстройку относительно волн, так что морское основание совершает благоприятные перемещения при бортовой и килевой качке. Перемещения морского основания могут быть дополнительно улучшены за счет предусмотрения перегородок 26 в U-образных или срезанных секциях на каждом конце корпуса над секциями 21 переменного балласта. Перегородки 26 показаны на фиг. 4 и образованы при помощи вертикальных стенок, которые идут между концевыми пустотами 19 и центральной секцией корпуса. При рабочей осадке перегородки 26 уменьшают эффект болтанки свободной поверхности морской воды, перемещающейся между стенками корпуса, которые поддерживают палубы. Центральная U-образная секция спроектирована таким образом, что при рабочей осадке она находится над ватерлинией, что позволяет защитить водоотделяющие колонны в центральной скважине 22 от воздействия волн.

В процессе эксплуатации секции переменного балласта 21 морского основания 10 могут быть использованы для изменения осадки морского основания 10 в ходе различных фаз работы. Например, для легкого судна может быть установлена осадка 13,5 метра. При буксировке морского основания к месту установки может быть установлена более стабильная осадка, от 15 до 21 метра. При проведении операций бурения и/или добычи нефти, может быть установлена осадка 48 метров, как это показано на фиг. 1 и 2. Следует иметь в виду, что показанная на фиг. 1 и 2 площадь надводного борта, составляющая 9 метров, показана только в качестве примера, при некоторых морских условиях более предпочтительно иметь 13,5 метра.

Морское основание 10 спроектировано таким образом, что оно может быть смонтировано в различных местоположениях из опорных модулей или палуб для эксплуатационного оборудования, буровой установки, вспомогательных приспособлений и кают для персонала. Это обеспечивает преимущество в последовательности конструирования и монтажа, что существенно снижает стоимость проекта и уменьшает сроки его осуществления. Установка палуб может быть осуществлена погружением конструкции 10 при помощи балласта до осадки, при которой баржи, на которых установлены палубы, могут заплыть на срез корпуса и могут быть установлены над опорными секциями 20. После этого палубы могут быть перенесены на корпус либо погружением барж за счет увеличения балласта, либо подъемом корпуса за счет уменьшения балласта, или же за счет комбинации этих двух методов. После осуществления установки палуб морское основание 10 может быть отбуксировано в рабочее местоположение, где затем производят размещение на нем балласта до получения желательной рабочей осадки и швартуют на месте.

Водоотделяющие буровые и добычные колонны, которые должны использоваться на морском основании 10, могут быть выбраны из различных типов колонн, известных в морской добыче.

Другой дополнительной характеристикой морского основания 10 является показанная на фиг. 3 стенка ограничения потока 28. Стенка 28 предотвращает резонанс вертикальных колебаний уровня воды в скважине 22, если их период совпадает с периодом волны. Размеры стенки выбраны таким образом, чтобы обеспечить суммарное отверстие для потока воды, составляющее ориентировочно от двадцати до тридцати процентов площади поперечного сечения скважины 22.

Показанное на чертежах морское основание может иметь следующие цифровые данные. Морское основание 10 может содержать палубную конструкцию весом 10000 т, с размещенным на ней грузом 31900 т, то есть с полным весом 41.900 т. Секция 16 хранения нефти позволяет хранить 1,500.000 баррелей нефти. Вес стальных конструкций корпуса 12 составляет ориентировочно 60.000 т, при водоизмещении 514.000 т и при фиксированном балласте 72100 т. Скважина 22 может иметь 40 вырезов для бурения и добычи нефти. Следует иметь ввиду, что указанные цифровые данные и показанные на чертежах размеры даны только в качестве примера и не ограничивают объем патентных притязаний.

Формула изобретения

1. Плавучее буровое/добычное морское основание с малой осадкой, содержащее плавучий корпус, имеющий секцию переменного балласта внутри него и вертикально проходящую через него скважину, отличающееся тем, что плавучий корпус содержит концевые участки, которые ограничивают по меньшей мере одну U-образную секцию в указанном корпусе, причем вершина U-образной секции находится над ватерлинией, а основание U-образной секции находится под водой в случае установки корпуса с его рабочей осадкой, при этом указанный корпус приспособлен для приема палубы сверху U-образной секции, и содержит также секцию фиксированного балласта на нижнем конце этого корпуса и секцию хранения нефти внутри указанного корпуса.

2. Плавучее буровое/добычное морское основание по п.1, отличающееся тем, что секция хранения нефти имеет уравновешенное с морем давление.

3. Плавучее буровое/добычное морское основание по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя перегородку в нижней части U-образной секции указанного корпуса.

4. Плавучее буровое/добычное морское основание с малой осадкой, содержащее плавучий корпус, имеющий секцию переменного балласта внутри него и вертикально проходящую через него скважину, отличающееся тем, что плавучий корпус содержит концевые участки, которые ограничивают по меньшей мере одну U-образную секцию в указанном корпусе, причем вершина U-образной секции находится над ватерлинией, а основание U-образной секции находится под водой в случае установки корпуса с его рабочей осадкой, при этом указанный корпус приспособлен для приема палубы сверху U-образной секции, и содержит также секцию фиксированного балласта на нижнем конце этого корпуса, секцию хранения нефти внутри указанного корпуса, причем секция хранения нефти имеет уравновешенное с морем давление, и перегородку в нижней части U-образной секции указанного корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8