Способ сооружения морской платформы

 

Изобретение относится к сооружению технологических платформ, обеспечивающих проведение как разведочных, так и эксплуатационных работ на шельфе открытого моря и также при установке буровых вышек в руслах рек, на болотистой местности, в условиях вечной мерзлоты или на зыбучих песках. В способе сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание (О) и палубу с технологическим оборудованием (ТО) в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно (О) и крепят его с помощью свай (С), устанавливают палубу с (ТО) на (О). Затем осуществляют бурение под технологические скважины (ТС), заполняют затрубное пространство (ТС) цементным раствором (ЦР). (С) выполняют цементируемыми, при этом установку цементируемых свай (ЦС) производят в предварительно пробуренные ступенчатые свайные скважины (ССС). В каждую ступень скважины с зазором относительно ее поверхности устанавливают по крайней мере одну обсадную трубу (ОТ), упомянутые зазоры и зазоры между коаксиально установленными (ОТ) и (ЦС), а также внутреннюю полость последней сваи заполняют цементным раствором. Длину (ОТ) выбирают из условия перекрытия неустойчивых пород. После этого устанавливают палубу (П) с (ТО) на (О). (ЦС) и (ТС) могут выполнять совмещенными, при этом (ТС) или эксплуатационную колонну располагают внутри (ЦС), выполняющей функцию кондуктора, с зазором. При бурении (ССС), установке (ЦС) и (ТС) используют самоподъемную плавучую буровую платформу, а при осуществлении монтажных работ - по крайней мере две самоподъемные плавучие транспортные платформы (СПТП). После выравнивания горизонтальных поверхностей (П) и (СПТП) осуществляют их стыковку и перемещение технологического оборудования с одной платформы на другую. Изобретение повышает надежность эксплуатации платформ за счет увеличения их устойчивости. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, к сооружению технологических платформ, которые обеспечивают проведение как разведочных, так и эксплуатационных работ на шельфе открытого моря, а также при установке буровых вышек в руслах рек, на болотистой местности, в условиях вечной мерзлоты или на зыбучих песках.

Известно техническое решение, которое характеризуется тем, что основание платформы, предназначенной для работы в арктическом регионе, выполнено в виде кессона, образованного верхним и нижним основаниями и двумя оболочками - наружной и внутренней, жестко связанными между собой вертикальными перегородками /1/.

Конструкция основания - оболочек кессона и перегородок предусматривает взаимодействие с ледовым покровом. При необходимости установки морской платформы на достаточно большой глубине такая конструкция позволяет выдерживать достаточно большие нагрузки вследствие выполнения конструкции внешней оболочки в виде замкнутой ломанной кривой в поперечном сечении. Однако она не позволяет в достаточной мере оказывать сопротивление опрокидывающему моменту, поскольку забитые сваи в грунт достаточно легко выходят при этом из грунта.

Известна морская платформа, которая содержит установленное на морском дне основание с верхней палубой, технологическое оборудование на которой имеет возможность поочередного соединения с устьями технологических скважин, расположенными в соответствующих направлениях центральной части основания, основание снабжено жестко связанными с ним кондукторами, в которых установлены сваи, связывающие основание платформы с грунтом /2/.

В известном техническом решении фундаментная плита, коническая и цилиндрические части основания представляют собой защитную конструкцию, позволяющую воспринимать внешние волновые нагрузки и нагрузки от ледового покрова.

Однако несмотря на наличие фундаментной плиты, в известном техническом решении также не решена задача надежного крепления фундаментной плиты к грунту, поскольку отсутствуют средства, препятствующие усилиям сдвигу и опрокидыванию конструкции в целом.

Известен способ сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание и верхнюю палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание и крепят его ко дну с помощью свай, устанавливают верхнюю палубу с технологическим оборудованием на основание, осуществляют бурение технологических скважин, заполняют затрубное пространство технологических скважин цементным раствором /3/ - прототип.

Сооружение морской платформы по известному способу позволяет решить задачу модульного изготовления отдельных функциональных частей на разных судостроительных верфях. При этом крепление основания к грунту осуществляется методом забивки свай с помощью копра.

При твердых грунтах такое крепление практически трудноосуществимо, а при мягких грунтах такое крепление не может быть само по себе эффективным вследствие малого противодействия внешним воздействиям, в частности опрокидывающему моменту. Потому в известном способе предусматривается использование гравитационного метода достижения устойчивости конструкции платформы за счет частичного заполнения пространства между обшивками защитной конструкции цементным раствором. Гравитационные методы установки морских платформ, т.е. платформ, обладающих большой массой, с одной стороны, требуют очень больших габаритов конструкции и, как следствие, больших капиталовложений, с другой стороны, большие габариты конструкции обусловливают большие внешние циклические нагрузки на морскую платформу от морских течений и волновых нагрузок, а также вибрационных нагрузок, возникающих от разрушения ледового покрова. Большой вес таких морских платформ в целом ограничивает их применение в зонах повышенной сейсмической активности.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения экономической эффективности сооружения морской платформы, независимо от характеристик грунта и погодных условий, повышения надежности ее эксплуатации за счет увеличения сопротивления, как опрокидывающему моменту, так и усилиям сдвига, с учетом циклических волновых нагрузок и взаимодействия с ледовым покровом, а также обеспечения возможности применения их в зонах повышенной сейсмичности.

Указанный единый технический результат достигается тем, что реализуется способ сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание и палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание и крепят его ко дну с помощью свай, устанавливают палубу с технологическим оборудованием на основание, осуществляют бурение под технологические скважины, заполняют затрубное пространство технологических скважин цементным раствором, причем сваи выполняют цементируемыми, при этом установку цементируемых свай производят в предварительно пробуренные ступенчатые свайные скважины, в каждую ступень скважины с зазором относительно ее поверхности устанавливают, по крайней мере, одну обсадную трубу, упомянутые зазоры и зазоры между коаксиально установленными обсадными трубами и цементируемой сваей, а также внутреннюю полость последней заполняют цементным раствором, причем длину обсадных труб выбирают из условия перекрытия неустойчивых пород, после чего устанавливают палубу с технологическим оборудованием на основание.

В предпочтительном варианте цементируемые сваи и технологические скважины выполняют совмещенными, при этом технологическую скважину или эксплуатационную колонну располагают внутри цементируемой сваи, выполняющей функцию кондуктора, с зазором, а упомянутый зазор также заполняют цементным раствором.

При бурении ступенчатых свайных скважин, установке цементируемых свай и технологических скважин используют самоподъемную плавучую буровую платформу с соответствующим технологическим оборудованием и с выдвигающимися опорами, обеспечивающими взаимодействие с грунтом при выполнении технологических операций.

При осуществлении монтажных работ по установке технологического оборудования используют, по крайней мере, две самоподъемные плавучие транспортные платформы с выдвигающимися опорами, обеспечивающими взаимодействие с грунтом при выполнении технологических операций, при этом перемещение необходимого эксплуатационного оборудования с одной платформы на другую и соединение элементов технологического оборудования между собой осуществляют с помощью подъемно-транспортных средств, которые размещают на одной из плавучих самоподъемных транспортных платформ.

Кроме того, осуществляют выравнивание горизонтальной поверхности палубы и плавучей самоподъемной транспортной платформы с выдвигающимися опорами, осуществляют их стыковку и при помощи, например, гидравлических домкратов, осуществляют горизонтальное перемещение технологического оборудования по соответствующим направляющим с одной платформы на другую.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах для объекта-способа, позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам для заявленного способа.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков, позволяет выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем единому техническому результату отличительных признаков для заявленного объекта, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранного прототипа признаками для заявленного объекта изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется фиг.1-7.

На фиг.1 показан вариант конструкции морской платформы с раздельным выполнением цементируемых свай и технологических скважин и разрез А-А, показывающий раздельное расположение свайных и технологических скважин.

На фиг.2 представлен вариант выполнения цементируемой сваи.

На фиг.3 - вариант конструкции морской платформы с совмещенным выполнением цементируемой сваи и технологической скважины и разрез А-А, показывающий совмещенное расположение свайных и технологических скважин.

На фиг. 4 представлен вариант возможного конструктивного выполнения цементируемой сваи совместно с технологической скважиной.

На фиг.5 и 6 - чертежи, поясняющие способ в части вариантов раздельного или совмещенного конструктивного выполнения цементируемой сваи с технологической скважиной с помощью самоподъемной плавучей буровой платформы с выдвигающимися опорами и расположение в плане технологического оборудования соответственно.

На фиг. 7 - чертеж, поясняющий способ в части монтажа технологического оборудования на морскую платформу с помощью плавучих транспортных платформ с выдвигающимися опорами. При этом на фиг.7а - показана морская платформа, на которую перегружается технологическое оборудование, на фиг.7б - плавучая транспортная платформа с выдвигающимися опорами, на которой расположено подъемно-транспортное оборудование, на фиг.7в - плавучая транспортная платформа с выдвигающимися опорами, на которая предназначена для транспортировки технологического оборудования.

Морская платформа в общем случае (фиг.1), содержит установленное на морском дне основание 1, состоящее из наружной 2 и внутренней оболочки 3, палубы 4, на которой установлено технологическое оборудование 5. Основание 1 крепится к грунту при помощи цементируемых свай 6. Полость, образованная наружной 2 и внутренней 3 оболочками основания 1, может быть заполнена цементным раствором 7, либо служить, полностью или частично, для сбора шлама при осуществлении бурения.

В рассматриваемом варианте выполнения морской платформы при средней ледовой нагрузке (толщина льда до 2 м), внутри основания 1 с зазором устанавливается центральная часть 8, внутри которой располагаются технологические скважины 9. Здесь цементируемые сваи 6 и технологические скважины 9 устанавливаются раздельно. Технологическое оборудование 5 имеет возможность поочередного взаимодействия с технологическими скважинами 9. В особо сложных ледовых условиях основание платформы 1 и центральная часть 8 устанавливаются раздельно, т. е. с зазором относительно друг друга, тем самым исключается воздействие внешних нагрузок на технологические скважины 9.

Конструкция цементируемой сваи 6 (фиг.2), преимущественно выполняется ступенчатой в виде коаксиально установленных с зазором друг относительно друга двух (в частном случае может быть использована одна обсадная труба) обсадных труб 10 и 11, которые служат для предотвращения осыпания неустойчивых пород и каждая из которых выполняет функцию направления и кондуктора. Поверхности обсадных колонн 10, 11, цементируемая свая 6 и поверхность соответствующей ступени свайной скважины 12 жестко связаны между собой цементным раствором 7. Внутренняя полость цементируемой сваи 6 также заполнена цементным раствором 7.

В другом варианте (фиг.6), установка которой оправдана при малой ледовой нагрузке (толщина льда до 0,5 м), цементируемая свая 6 и технологическая скважина 9 выполняются совмещенными.

При этом ступенчатая свайная скважина 12 (фиг.4) имеет дополнительную ступень для установки в ее полости цементируемой сваи 6 технологической обсадной колонны 13 (эксплуатационная колонна не показана).

Бурение под технологические скважины 9 и ступенчатых свайных скважин 12 (фиг.5 - фиг.6), а также монтаж технологического оборудования 5 (фиг.7) предпочтительно осуществлять с помощью плавучих самоподъемных буровых платформ 14 с выдвигающимися опорами 15, взаимодействующих с грунтом.

При монтаже технологического оборудования 5 (фиг.7) используются плавучие самоподъемные транспортные платформы 16, на одной из которых расположено подъемно-транспортное оборудование 17.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Транспортируют основание 1 в надводном положении к месту установки. Устанавливают основание 1 на дно и крепят его ко дну с помощью цементируемых свай 6. Осуществляют бурение под технологические скважины 9, заполняют затрубное пространство технологических скважин 9 цементным раствором 7. Установку цементируемых свай 6, обсадных труб 10 и 11 производят в предварительно пробуренные ступенчатые свайные скважины 12. В каждую ступень скважины 12 с зазором относительно ее поверхности устанавливают соответствующую обсадную трубу 10 и 11. При этом упомянутые зазоры, а также зазоры между обсадными трубами 10 и 11, между обсадной трубой 11 и цементируемой сваей 6 заполняют цементным раствором 7 (фиг 2). Длину обсадных труб 10 и 11 выбирают из условия перекрытия неустойчивых пород. После чего на основание 1 устанавливают верхнюю палубу 4 с технологическим оборудованием 5.

В некоторых вариантах выполнения ступенчатые свайные 12 и технологические скважины 9 выполняют совмещенными (фиг.3, фиг.4). При этом технологическую обсадную трубу 13 технологической скважины 9 располагают в полости обсадной трубы 11 цементируемой сваи 6, выполняющей функцию кондуктора, с зазором, а упомянутый зазор также заполняют цементным раствором 7.

При бурении ступенчатых свайных скважин 12, установке цементируемых свай 6 и бурении скважин под технологические скважины 9 используют плавучую самоподъемную буровую платформу 14 с соответствующим технологическим оборудованием 5 и с выдвигающимися опорами 15, которые при выполнении технологических операций взаимодействуют с грунтом (фиг.5 и фиг.6). При конкретном выполнении морской платформы, в зависимости от внешних условий, выбирается соответствующее соотношение количества совмещенных и не совмещенных цементируемых свай 6 и технологических скважин 9, а также их глубина и схема относительного расположения.

При осуществлении монтажных работ по установке технологического оборудования используют, по крайней мере, две плавучие самоподъемные транспортные платформы 16 с выдвигающимися опорами 15, которые при выполнении технологических операций взаимодействуют с грунтом, при этом перемещение необходимого эксплуатационного оборудования с одной платформы на другую и соединение элементов эксплуатационного оборудования между собой осуществляют с помощью подъемно-транспортного оборудования 17, расположенных на одной из плавучих самоподъемных транспортных платформ 16 (фиг.7).

Кроме того, согласно предлагаемому способу можно осуществлять выравнивание горизонтальных поверхностей палубы 4 и плавучей самоподъемной транспортной платформы 16 с выдвигающимися опорами 15, осуществлять их стыковку и при помощи, например, гидравлических домкратов (не показано), осуществлять горизонтальное перемещение технологического оборудования по соответствующим направляющим с одной платформы на другую.

Такой способ осуществления монтажа технологического оборудования позволяет уменьшать влияние волнения моря на производительность и качество выполнения работ, т.е. по существу позволяет обеспечить выполнение монтажных работ независимо от погодных условий.

Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность сооружаемых конструкций, а именно повысить сопротивление опрокидывающему моменту при установке на неустойчивые породы, использовать конструкции ступенчатых цементируемых свай при установке буровых платформ в руслах рек, на болотистой местности, в условиях вечной мерзлоты или на зыбучих песках.

Предлагаемый способ, являющийся по существу универсальным, позволяет выполнять в целом морскую платформу с малыми габаритами, с более малым весом в сравнении с известными техническими решениями и, следовательно, с большой экономической эффективностью. При этом малые габариты верхней ее части сводят до минимума вибрационные нагрузки, действующие на морскую платформу от ледового покрова, а малый вес и надежное крепление платформы к грунту позволяет осуществлять сооружение платформ в сейсмически опасных зонах.

Кроме того, предлагаемый способ с может быть использован с большим экономическим эффектом при сооружении морских платформ с натяжными опорными конструкциями за счет замены балластного груза цементируемыми сваями.

Таким образом, для заявленного технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждается возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов с получением ожидаемого технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Литература 1. Заявка Франции 2615217, кл. Е 02 В 17/00, 1988.

2. Патент РФ 2089704, кл. Е 02 В 17/00, 1997.

3. Патент РФ 2090699, кл. Е 02 В 17/00, 1997.

Формула изобретения

1. Способ сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание и палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание и крепят его ко дну с помощью свай, устанавливают палубу с технологическим оборудованием на основание, осуществляют бурение под технологические скважины, заполняют затрубное пространство технологических скважин цементным раствором, отличающийся тем, что сваи выполняют цементируемыми, при этом установку цементируемых свай производят в предварительно пробуренные ступенчатые свайные скважины, в каждую ступень скважины с зазором относительно ее поверхности устанавливают по крайней мере одну обсадную трубу, упомянутые зазоры и зазоры между коаксиально установленными обсадными трубами и цементируемой сваей, а также внутреннюю полость последней заполняют цементным раствором, причем длину обсадных труб выбирают из условия перекрытия неустойчивых пород, после чего устанавливают палубу с технологическим оборудованием на основание.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цементируемые сваи и технологические скважины выполняют совмещенными, при этом технологическую скважину или эксплуатационную колонну располагают внутри цементируемой сваи, выполняющей функцию кондуктора, с зазором, а упомянутый зазор также заполняют цементным раствором.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при бурении ступенчатых свайных скважин, установке цементируемых свай и технологических скважин, используют самоподъемную плавучую буровую платформу с соответствующим технологическим оборудованием и с выдвигающимися опорами, обеспечивающими взаимодействие с грунтом при выполнении технологических операций.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что при осуществлении монтажных работ по установке технологического оборудования используют по крайней мере две самоподъемные плавучие транспортные платформы с выдвигающимися опорами, обеспечивающими взаимодействие с грунтом при выполнении технологических операций, при этом перемещение необходимого эксплуатационного оборудования с одной платформы на другую и соединение элементов технологического оборудования между собой осуществляют с помощью подъемно-транспортных средств, которые размещают на одной из плавучих самоподъемных транспортных платформ.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что осуществляют выравнивание горизонтальных поверхностей палубы и плавучей самоподъемной транспортной платформы с выдвигающимися опорами, осуществляют их стыковку и при помощи, например, гидравлических домкратов осуществляют горизонтальное перемещение технологического оборудования по соответствующим направляющим с одной платформы на другую.

РИСУНКИ

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