Композитная сталежелезобетонная буровая платформа гравитационного типа

 

Изобретение относится к добыче и разведке полезных ископаемых и касается буровых платформ гравитационного типа для бурения скважин и добычи нефти и газа на континентальном шельфе, работающих в замерзающих морях. В композитной платформе, содержащей верхнее строение и опирающийся на морское дно опорный блок, на котором размещено верхнее строение, включающий в себя железобетонный кессон-основание с балластными отсеками и по крайней мере один стальной модуль для прохода буровых и технологических труб, опирающийся на него и жестко с ним соединенный, и сквозные отверстия с ограждающими трубами для прохода буровых и технологических труб, образованные в кессоне-основании и в стальном модуле, кессон-основание выполнен высотой ниже уровня моря на точке эксплуатации платформы. Стальной модуль выполнен с балластными отсеками и имеет высоту над уровнем моря на точке эксплуатации платформы, превышающую максимальную расчетную высоту волны для данного района моря. Стальной модуль снабжен ледостойким поясом. В стальном модуле может быть устроено общее для прохода всех буровых и технологических труб отверстие шахтного типа с внутренними сплошными бортами. В этом отверстии указанные трубы размещены в виде единого пучка, а пространство, ограниченное палубой кессона-основания и внутренними бортами стального модуля, заполнено твердым балластом. Конструкция платформы позволяет в короткий срок обеспечить загрузку балласта и повысить экологическую безопасность платформы при сейсмических и других внешних воздействиях. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области добычи и разведки полезных ископаемых и касается вопроса создания буровых платформ гравитационного типа для бурения скважин и добычи нефти и газа на континентальном шельфе, работающих в замерзающих морях.

Известно достаточно много стационарных платформ гравитационного типа, предназначенных для работы в замерзающих акваториях континентального шельфа. Как правило, опорные блоки (ОБ) этих платформ выполнены из одного конструкционного материала: стали или железобетона.

Примерами стальных платформ могут служить как платформы на колоннах (см. , например, ИСМ N 1, 1989 г., заявка N 62-182309, Япония; ИСМ N 1, 1993 г., заявка N 2241011, Великобритания), так и платформы кессонного типа с грунтовым ядром (платформа Моликпак, Сб. докладов "Освоение нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа северных морей", Москва 11-12.10.1984 г.). Все платформы гравитационного типа со стальным ОБ имеют существенный недостаток. Они обладают большой излишней плавучестью, для компенсации которой в целях создания требуемой прижимной силы к морскому дну, обеспечивающей устойчивость сооружения на грунте, необходимо принимать твердый и жидкий балласт, вес которого может в несколько раз превышать вес платформы и достигать десятков и сотен тысяч тонн. Кроме того, у платформ с грунтовым "ядром" при переменном характере воздействия внешних нагрузок может иметь место опасное (предельное) состояние, обусловленное возможным разжижением грунта "ядра". Особенно данная ситуация может проявиться в сейсмически опасных районах.

Железобетонные гравитационные платформы могут быть как колонного, так и кессонного типов (см., например, ИСМ N 5, 1992 г., заявка N 2657633, Франция; БИ N 18, 1992 г., заявка N 1816296, Франция; БИ N 7, 1995 г., заявка N 2030503, Франция). Известно, что стоимость 1 кв. м. железобетонной конструкции меньше стоимости 1 кв. м. стальной конструкции. Гравитационные платформы с железобетонным ОБ для обеспечения устойчивости сооружения на грунте требуют принятия несколько меньшего количества твердого и жидкого балласта по сравнению со стальными платформами.

Недостатком железобетонных конструкций является то, что по сравнению со сталью бетон является более шероховатым материалом. Это приводит к увеличению трения между конструкцией и льдом и, как следствие, к увеличению ледовой нагрузки на конструкцию. Для строительства железобетонных опорных блоков требуется организация специальных производств.

Помимо чисто стальных и чисто железобетонных ОБ гравитационных платформ существуют композитные конструкции. Как правило, композитный ОБ состоит из нижней железобетонной части и верхней - стальной. Примером глубоководных гравитационных композитных конструкций могут служить: комбинированная сталежелезобетонная платформа, состоящая из нижнего кессонного основания и закрепленного на нем стального модуля сквозной форменной конструкции, пересекающего ватерлинию (см. Ю.С. Волков, И. И. Рыбалов "Сооружения из железобетона для континентального шельфа", проект компании "Дорис", стр. 247, 251) и платформа для глубоководных районов, состоящая из нижней плиты и колонн, выполненных из бетона, и верхней части, выполненной в виде каркасной конструкции, пересекающей ватерлинию (см. ИСМ N 6, 1986 г., международная заявка N 85/04682).

Принципиальное отличие описанных выше композитных ОБ заключается в том, что стальной модуль выполнен в виде сквозной форменной конструкции, пересекающей ватерлинию, и, таким образом, данные ОБ не являются ледостойкими.

Известны ледостойкие композитные платформы. К ним можно отнести погружной передвижной кессон (см. БИ N 21, 1996 г., заявка N 2064553) и композитную платформу для добычи нефти в полярных морях (см. ИСМ N 1, 1986 г., заявка N 2559808, Франция). Погружной передвижной кессон состоит из основания, выполненного из сплошного армированного строительного материала, и стального модуля, наружный борт которого выполнен также армированным. Данная конструкция имеет входной затвор, через который внутрь кессона заводятся не обладающие ледовым сопротивлением передвижные морские буровые установки. Таким образом, основное назначение передвижного кессона - это лишь его использование в качестве ледостойкого ограждения для передвижных морских буровых установок, что не является предметом заявляемого изобретения.

Известна также композитная платформа для добычи нефти в полярных морях, содержащая бетонное кольцо в форме усеченного конуса, которое является основным прочным элементом платформы и выдерживает ледовые нагрузки (бетонное кольцо возвышается над поверхностью воды), и металлическую цилиндрическую часть над бетонным кольцом, которая также продолжается внутрь последнего, принятая в качестве прототипа. Однако бетонная часть такой платформы возвышается над поверхностью воды и для районов континентального шельфа с достаточно большими глубинами эта бетонная часть будет достаточно громоздкой. Для ее строительства потребуются акватории с большими глубинами и доки больших габаритов. В данном случае модульный способ постройки весьма трудно реализуем. В целом компоновка платформы-прототипа такова, что бетонная часть - основной по размерам модуль конструкции. Предлагаемое проектное решение должно быть таковым, чтобы достигнуть рационального (оптимального) сочетания между стальной и бетонной частью как с позиций технологии постройки, так и с позиций обеспечения устойчивости сооружения на грунте. При этом бетонный модуль целесообразно спроектировать так, чтобы он мог служить монтажной площадкой для сборки стального модуля на нем, а ледовый пояс следует располагать в стальном модуле.

Задачей заявляемого изобретения является разработка эффективного конструктивного решения для ОБ композитной сталежелезобетонной буровой платформы гравитационного типа для работы в замерзающих морях, позволяющего обеспечить возможность строительства и сборки ОБ на акваториях с относительно небольшими глубинами и сократить сроки строительства, в достаточно короткие сроки с существенным технико-экономическим эффектом решить вопрос по загрузке твердого балласта, повысить экологическую безопасность при сейсмических и других воздействиях внешней среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в композитной сталежелезобетонной буровой (добычной) платформе гравитационного типа для работы в замерзающих морях, содержащей верхнее надводное строение и опирающийся на морское дно опорный блок (ОБ), на котором размещено верхнее строение, включающий железобетонный кессон-основание (ЖКО) с балластными отсеками и по крайней мере один стальной модуль для прохода буровых и технологических труб, который опирается на кессон-основание и жестко с ним соединен, и сквозные отверстия с ограждающими трубами для прохода буровых и технологических труб, образованные в кессоне-основании и в стальном модуле, кессон-основание имеет высоту ниже уровня моря на точке эксплуатации платформы для обеспечения возможности строительства и сборки ОБ на акваториях с относительно небольшими глубинами и сокращения сроков строительства, а стальной модуль выполнен в виде кессона с балластными отсеками и имеет высоту над уровнем моря на точке эксплуатации платформы, превышающую максимальную расчетную высоту волны для данного района моря, благодаря чему обеспечивается надежность эксплуатации платформы на волнении.

Для реализации достаточно коротких сроков загрузки твердого балласта с существенным технико-экономическим эффектом в стальном модуле устроено общее для прохода всех буровых и технологических труб отверстие шахтного типа с внутренними сплошными бортами, в котором размещены в виде единого пучка буровые и технологические трубы вместе с их ограждающими трубами, при этом пространство, ограниченное палубой кессона-основания и внутренними бортами стального модуля заполняется твердым балластом.

Для повышения экологической безопасности при сейсмических и других воздействиях внешней среды в кессоне-основании выполнено общее для прохода буровых и технологических труб сквозное отверстие шахтного типа, при этом поперечные размеры указанного отверстия больше поперечных размеров наружного контура проходящего через него пучка труб на величину, превышающую расчетное значение наибольших горизонтальных подвижек платформы при сейсмических и других воздействиях внешней среды, и меньше одноименных размеров такого же отверстия в стальном модуле, причем на палубе кессона-основания по контуру его отверстия установлено возвышающееся над ней сплошное вертикальное ограждение на высоту, превышающую уровень моря, а образовавшийся при этом объем между внутренними бортами стального модуля, вертикальным ограждением сквозного отверстия кессона-основания и его палубой заполняется твердым балластом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид сбоку; на фиг. 2 - горизонтальное сечение I-I композитной сталежелезобетонной платформы гравитационного типа по п. 1 изобретения, на фиг.3 показан вид сбоку платформы по п. 2 изобретения, на фиг.4 показан вид сбоку платформы по п. 3 изобретения.

Буровая платформа (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) содержит верхнее надводное строение (1), опирающийся на морское дно опорный блок (2), включающий в себя железобетонный кессон-основание (3) с балластными отсеками (4), по крайней мере один стальной модуль (5) для прохода буровых и технологических труб (6) и сквозные отверстия (7) с ограждающими трубами (8). Сквозные отверстия (7) образованы в кессоне-основании (3) и стальном модуле (5). Помимо стальных модулей (5) для прохода буровых и технологических труб (6), могут иметь место стальные модули (9), через которые указанные трубы (6) не проходят. Все стальные модули (5, 9) опираются на ЖКО (3) и жестко с ним соединены. Ограждающие трубы (8) предназначены для прохода внутри них буровых и технологических труб (6) и располагаются в кессоне- основании (3) и в стальном модуле (5). Кессон-основание (3) имеет высоту ниже уровня моря на точке эксплуатации платформы. Стальной модуль (5, 9) выполнен как конструкция кессонного типа (кессон) и имеет высоту над уровнем моря на точке эксплуатации платформы, превышающую максимальную расчетную высоту волны для данного района моря. В стальном модуле (5, 9) располагаются балластные отсеки (10). Кроме того, стальной модуль (5, 9) снабжен ледовым поясом (11), который может быть выполнен как из стали, так и из сталебетона.

При этом буровая платформа (фиг. 3, фиг. 4) имеет в стальном модуле (5) общее для прохода всех буровых и технологических труб (6) отверстие шахтного типа (12), огражденное внутренними сплошными бортами (13). В отверстии шахтного типа (12) буровые и технологические трубы (6) вместе с их ограждающими трубами (8) размещены в виде единого пучка. Пространство, огражденное палубой (14) кессона-основания (3) и внутренними бортами (13) стального модуля (5), заполняется твердым балластом (15).

Кроме того, буровая платформа (фиг. 4) имеет в кессоне-основании (3) общее для прохода всех буровых и технологических труб сквозное отверстие шахтного типа (16), огражденное внутренними сплошными бортами (17). Поперечные размеры указанного отверстия (16) больше поперечных размеров наружного контура проходящего через него пучка буровых труб на величину (18), превышающую расчетное значение наибольших горизонтальных подвижек платформы при сейсмических и других воздействиях внешней среды, и меньше одноименных размеров такого же отверстия (12) в стальном модуле (5). На палубе (14) кессона-основания (3) по контуру его отверстия (16) установлено возвышающееся над ней (14) сплошное вертикальное ограждение (19). Высота этого ограждения (19) превышает уровень моря на точке эксплуатации платформы. Пространство, огражденное внутренними бортами (13) стального модуля (5), вертикальным ограждением (19) и палубой (14) кессона основания (3), заполняется твердым балластом (15). Может использоваться балласт разной плотности.

Предлагаемая композитная сталежелезобетонная буровая платформа гравитационного типа для работы в замерзающих морях имеет следующие особенности. ЖКО, который имеет высоту ниже уровня моря на точке эксплуатации платформы, может быть построен блочно-модульным способом. В этом случае корпус ЖКО разбивается на модули, размеры которых определяются фактическими мощностями завода-строителя (конечно, возможна ситуация, когда ЖКО будет состоять и из одного модуля). Отдельные блок-модули корпуса ЖКО изготавливаются на производственных площадках завода- строителя. Далее эти модули (которые обладают плавучестью) спускаются на воду и доставляются к месту сборки, после чего производится их сращивание на плаву. Таким образом, ЖКО построен и может являться строительной площадкой для сборки стального модуля на нем, который является достаточно легким по сравнению с ЖКО. Очевидно, что предлагаемая конструкция ОБ и способ ее реализации не требуют для постройки доков больших габаритов и акваторий с большими глубинами. Параллельно со строительством ЖКО может вестись строительство стальных модулей на других производственных мощностях. Указанное позволит сократить сроки строительства ОБ.

После постройки ОБ (с верхним надводным строением или без него, возможно частично укомплектованный твердым балластом) транспортируется на точку эксплуатации платформы, где производится установка платформы на грунт путем принятия жидкого балласта в балластные отсеки ЖКО и стального модуля. Установленная на грунт платформа, как правило, еще не способна сопротивляться расчетным воздействиям внешней среды (льду, волнению, сейсмике и т.п.), гарантируется лишь то, что преодолены силы плавучести. Становится актуальной задача обеспечения устойчивости сооружения на грунте при действии расчетных нагрузок среды в максимально сжатые сроки, или, что то же самое, задача по загрузке необходимого количества твердого балласта (например, песка) в короткие сроки. Понятно, что чем сложнее способ доставки твердого балласта в балластные отсеки, тем больше требуется времени для реализации данной процедуры. Так, если загружать балласт в отсеки ЖКО, то его доставка будет осуществляться через стальные модули в труднодоступные отсеки ЖКО, разделенные между собой переборками. В связи с чем в платформах для твердого балласта организованы специальные пространства, представляющие собой "единое целое" (в первом случае, пространство, огражденное палубой (14) кессона-основания (3) и внутренними бортами (13) стального модуля (5); во втором случае, пространство, огражденное палубой (14) кессона-основания (3), внутренними бортами (13) стального модуля (5) и вертикальным ограждением (19)). В эти пространства твердый балласт в виде водяной пульпы может доставляться непосредственно, тем самым достигается существенный технико-экономический эффект в решении задачи по загрузке твердого балласта.

В последнее время осваиваются зоны континентального шельфа с суровыми внешними условиями, в том числе сейсмически опасные регионы (например, северная часть шельфа о. Сахалин). В связи с указанным, целесообразно предусмотреть дополнительные мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации экологически ответственных инженерных сооружений, каковыми являются морские платформы гравитационного типа. Отмечается, что в ЖКО с целью повышения экологической безопасности при сейсмических и других воздействиях внешней среды выполнено сквозное отверстие шахтного типа, размеры которого больше размеров наружного контура проходящего через него пучка труб на величину, превышающую расчетное значение наибольших горизонтальных подвижек платформы при сейсмических и других воздействиях внешней среды.

Предлагаемая композитная конструкция буровой платформы гравитационного типа для работы в замерзающих морях может быть экономически эффективна при относительно большом диапазоне глубин моря, примерно от 25 до 60 м, за счет возможности наращивания высоты стальной части, имеющей блок-модульную конструкцию, при относительно небольших дополнительных затратах. Подобная конструкция может быть реализована на континентальном шельфе Баренцева моря, о. Сахалин и других замерзающих водных пространствах России и за рубежом.

Формула изобретения

1. Композитная сталежелезобетонная буровая платформа гравитационного типа для работы в замерзающих морях, содержащая верхнее строение и опирающийся на морское дно опорный блок, на котором размещено верхнее строение, включающий железобетонный кессон-основание с балластными отсеками и, по крайней мере, один стальной модуль для прохода буровых и технологических труб, который опирается на кессон-основание и жестко с ним соединен, и сквозные отверстия с ограждающими трубами для прохода буровых и технологических труб, образованные с кессоне-основании и в стальном модуле, отличающаяся тем, что кессон-основание имеет высоту ниже уровня моря на точке эксплуатации платформы, а стальной модуль выполнен в виде кессона с балластными отсеками и имеет высоту над уровнем моря на точке эксплуатации платформы, превышающую максимальную расчетную высоту волны для данного района моря, при этом борта стального модуля снабжены ледостойким поясом, выполненным, например, из сталебетона.

2. Композитная сталежелезобетонная буровая платформа гравитационного типа по п.1, отличающаяся тем, что в стальном модуле устроено общее для прохода всех буровых и технологических труб отверстие шахтного типа с внутренними сплошными бортами, в котором размещены в виде единичного пучка буровые и технологические трубы вместе с их ограждающими трубами, при этом пространство, ограниченное палубой кессона-основания и внутренними бортами стального модуля, заполнено твердым балластом.

3. Композитная сталежелезобетонная буровая платформа гравитационного типа по п. 2, отличающаяся тем, что в кессоне-основании выполнено общее для прохода буровых и технологических труб сквозное отверстие шахтного типа с внутренними сплошными бортами, при этом поперечные размеры указанного отверстия больше поперечных размеров наружного контура проходящего через него пучка труб на величину, превышающую расчетное значение наибольших горизонтальных подвижек платформы при сейсмических и других воздействиях внешней среды, и меньше одноименных размеров такого же отверстия в стальном модуле, причем на палубе кессона-основания по контуру его отверстия установлено возвышающееся над ней сплошное вертикальное ограждение высотой, превышающей уровень моря на точке эксплуатации платформы, а образовавшийся при этом объем между внутренними бортами стального модуля, вертикальным ограждением сквозного отверстия кессона-основания и его палубой заполнен твердым балластом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4