Способ сооружения морского технологического комплекса

 

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, к сооружению технологических комплексов, которые обеспечивают проведение работ на шельфе открытого моря. При сооружении морского технологического комплекса добычи полезных ископаемых, включающего центральную платформу и подводные технологические модули-сателлиты, транспортируют технологические модули с помощью соответствующих транспортных средств к месту добычи полезных ископаемых, осуществляют их спуск и установку на грунт, корпусы подводных технологических модулей скрепляют с грунтом с помощью свай, а подвижные технологические модули, на которые устанавливают технологическое или эксплуатационное оборудование, выполняют с возможностью установки на посадочные места корпусов подводных технологических модулей и жесткого соединения их с помощью соответствующей крепежной системы. Сваи, скрепляющие подводные технологические модули с грунтом, выполняют цементируемыми. Для цементирования свай используют специализированный буровой модуль, транспортируемый и устанавливаемый последовательно на посадочные места корпусов подводных технологических модулей с помощью специализированного судна с балластными емкостями. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и экономичности сооружения морского технологического комплекса добычи подводных ископаемых в арктических широтах при наличии мощного ледового покрова, а также в сейсмически активных зонах с учетом экологических требований. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, к сооружению технологических комплексов, которые обеспечивают проведение работ на шельфе открытого моря.

Известен способ сооружения морской платформы для добычи полезных ископаемых, при котором внутри защитной конструкции, транспортируемой в вертикальном положении, монтируют сваи и доставляют их совместно на место установки, после чего копром забивают сваи в морское дно внутри защитной конструкции, разделяют связи между сваями и между ними и защитной конструкцией и устанавливают горизонтальную площадку сверху на сваи. Причем защитная конструкция выполняется гравитационной - она выполняется с двумя обшивками, часть пространства между которыми заполняется цементным раствором /1/.

При твердых грунтах реализация известного технического решения, с установкой свай путем их забивки с помощью копра, трудноосуществима, а при неустойчивых породах малоэффективна вследствие низкого противодействия внешним нагрузкам, как усилиям сдвига при сейсмических нагрузках, так и невозможности его использования в северных широтах из-за малого противодействия опрокидывающему моменту. Поэтому между обшивками основания платформы помещают цементный раствор для более устойчивого ее положения. Однако использование гравитационного метода сооружения платформ является дорогостоящим и малоэффективным при сейсмических нагрузках.

Известно также техническое решение, согласно которому реализуется способ сооружения морского технологического комплекса добычи полезных ископаемых, включающего центральную платформу и подводные технологические модули-сателлиты, при этом транспортируют технологические модули с помощью соответствующих транспортных средств к месту добычи полезных ископаемых, осуществляют спуск и установку на грунт, корпусы подводных технологических модулей скрепляют с грунтом с помощью свай, а подвижные технологические модули, на которые устанавливают технологическое или эксплуатационное оборудование, выполняют с возможностью установки на посадочные места корпусов подводных технологических модулей и соединения их с помощью соответствующей крепежной системы /2 - прототип/.

Недостатком известного технического решения является конструктивная сложность технологического комплекса, который предусматривает использование подводных судов с буровым или с эксплуатационным оборудованием, что обусловливает большие экономические затраты как при его сооружении, так и при эксплуатации, а также относительно невысокую его технологическую надежность.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и экономичности сооружения морского технологического комплекса добычи подводных ископаемых в арктических широтах при наличии мощного ледового покрова, а также в сейсмически активных зонах с учетом экологических требований.

Поставленная цель достигается тем, что реализуется способ сооружения морского технологического комплекса добычи полезных ископаемых, включающего центральную платформу с базовым подводным технологическим модулем и периферийные подводные технологические модули-сателлиты, при котором транспортируют технологические модули с помощью соответствующих транспортных средств к месту добычи полезных ископаемых, осуществляют спуск и установку на грунт, корпусы подводных технологических модулей скрепляют с грунтом с помощью свай, а подвижные технологические модули, на которые устанавливают технологическое или эксплуатационное оборудование, выполняют с возможностью установки на посадочные места корпусов подводных технологических модулей и соединения их с помощью соответствующей крепежной системы, причем сваи, скрепляющие подводные технологические модули с грунтом, выполняют цементируемыми, при этом для цементирования свай используют монтажный модуль, позволяющий производить бурение скважин под сваи с наперед заданным углом наклона, который транспортируют и устанавливают последовательно на посадочные места корпусов подводных технологических модулей с помощью специализированного судна с балластными емкостями.

С помощью монтажного модуля пробуривают в грунте наклонные скважины, в которых располагают обсадные трубы с перекрытием слабых пород, свайные трубы располагают в твердых породах и затем цементируют их.

Кроме того, в качестве подвижного технологического модуля, устанавливаемого на донный технологический модуль, используют основание морской платформы, при этом основание морской платформы последовательно устанавливают на посадочные места подводных технологических модулей с помощью специализированного судна с балластными емкостями и осуществляют наперед заданную жесткость их связи с помощью системы крепежных натяжных соединений.

Наперед заданную жесткость связи основания морской платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения выполняют в виде якоря, который жестко устанавливают внутри полости цементируемой сваи на заданной глубине и соединяют с помощью соответствующего стержня или гибкого троса с натяжным механизмом, установленным на основании морской платформы.

Наперед заданную жесткость связи основания морской платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения жестко связывают с корпусом подводного технологического модуля и соединяют с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании морской платформы, с помощью стержневого элемента или гибкого троса, с возможностью обеспечения ограниченного горизонтального перемещения при сейсмических нагрузках основания морской платформы относительно корпуса подводного технологического модуля.

С помощью устанавливаемого последовательно на подводных технологических модулях основания морской платформы с буровым модулем осуществляют бурение и монтаж технологических скважин, устьевые соединители устанавливают на подводных технологических модулях, соединяют технологические скважины периферийных подводных технологических модулей соответствующими коммуникациями с базовым подводным технологическим модулем, на котором располагают и закрепляют с помощью системы крепежных натяжных соединений морскую платформу после окончания последовательного бурения скважин на периферийных подводных технологических модулях, буровой модуль морской платформы меняют на эксплуатационный, а периферийные подводные технологические модули закрывают защитными колпаками.

При прекращении эксплуатации морского технологического комплекса герметизируют устья скважин, размыкают систему крепежных натяжных соединений, снимают эксплуатационный модуль, затем основание платформы и последовательно отводят их к береговой технологической станции, при этом закрывают устья скважин защитным колпаком, который устанавливают на соответствующие посадочные места корпуса базового подводного технологического модуля и закрепляют его.

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, характеризующие признаки, идентичные 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.

Предпочтительный вариант реализации способа поясняется чертежами, представленными на фиг.1-5.

На фиг.1 представлен общий вид морской платформы с базовым подводным технологическим модулем и схемой установки системы натяжных соединений морской платформы с использованием якорных элементов. На фиг.2 - схема бурения наклонных скважин под сваи. На фиг.3 показана схема установки элементов системы натяжных соединений. На фиг.4 - схема осуществления бурения технологических скважин. На фиг.5 - схема осуществления ликвидационных работ.

Морской технологический комплекс добычи полезных ископаемых по предлагаемому способу, в общем случае, содержит периферийные подводные технологические модули (не показаны), связанные с базовым подводным технологическим модулем 1, на котором установлено основание морской платформы 2 (фиг.1), соответствующими коммуникациями. На посадочные места центрального технологического модуля 1 устанавливается основание платформы 2 с верхней палубой 3, к которой с помощью соответствующей гибкой подвесной системы крепится нижняя палуба 4. Корпус подводного технологического модуля 1 снабжен выемками для установки донной плиты 5 с зазором и для обеспечения уменьшения сопротивления донному морскому течению - для уменьшения вихреобразования и размыва поверхности грунта. На верхней палубе 3 для обеспечения рабочего режима работы устанавливается эксплуатационный модуль 6 с соответствующим технологическим оборудованием 7.

Подводный технологический модуль 1 крепится к грунту с помощью полых цементируемых свай 8. Основание морской платформы 2 устанавливается на соответствующие посадочные места корпуса подводного технологического модуля 1, препятствующие их относительному сдвигу в горизонтальном направлении (не показано), и крепится с помощью системы крепежных натяжных соединений, каждое из которых включает в себя якорь 9, жестко устанавливаемый внутри полой цементируемой сваи 8 и с помощью стержневого элемента или гибкого троса 10 соединенный с механизмом натяжения 11. Якорь 9 выполняется в виде дистанционно управляемого зажимного механизма, например в виде цангового устройства, байонетного или карабинного механизма.

Подводный технологический модуль 1 включает в себя направления 12, собственно технологические скважины 13 с соответствующим устьевым оборудованием 14, которое трубопроводами 15 соединяют с соответствующим эксплуатационным оборудованием.

Для обеспечения транспортировки технологических модулей к месту добычи полезных ископаемых, спуска на дно или осуществления подводной установки или стыковки технологических модулей используется транспортное специализированное судно, например баржа, с балластными емкостями 16 (фиг.2, 3, 5).

При бурении наклонных скважин 17 (фиг.2) под полые цементируемые сваи 8 используют монтажный модуль 18. На посадочные места подводного технологического модуля 1 устанавливается технологическое основание 19 с палубой 20. Монтажный модуль 18 устанавливается на палубу 20 технологического основания 19. Технологическое оборудование, располагаемое на монтажном модуле 18, включает буровой насос 21, установку для бурения и монтажа наклонных скважин 22, на которой расположен ротор-вертлюг 23, связанный с винтовым двигателем 24 рабочего инструмента 25, с помощью буровых труб 26.

На фиг.3 показана схема установки элементов системы натяжных соединений. На основании подводного технологического модуля 1 установлено основание морской платформы 2, на верхней палубе которой расположен монтажный модуль 18. При этом натяжение стержневого элемента или гибкого троса 10 осуществляется путем работы натяжного механизма 11, входное усилие которому передается, например, с помощью соответствующего рабочего инструмента 25 от ротора-вертлюга 23.

На фиг.4 показана схема бурения скважин под направления 12, бурения технологических скважин 13 и их монтаж, осуществляемый с помощью бурового модуля 27, на котором установлено соответствующее технологическое оборудование 28. На фиг.5 показана схема проведения ликвидационных работ, при которых подъем и транспортировка основания платформы 2 осуществляют с помощью специализированного судна с балластными емкостями 16, при этом подводный технологический модуль 1 снабжен жестко связанным с ним защитным колпаком 29. Защитные колпаки 29 устанавливаются также на периферийные подводные технологические модули, находящиеся в рабочем режиме.

Способ сооружения морского технологического комплекса добычи полезных ископаемых, включающего центральную платформу, установленную на корпус соответствующего подводного технологического модуля, и периферийные подводные технологические модули-сателлиты, реализуется следующим образом.

С помощью специализированного судна (баржи) с балластными емкостями 16 транспортируют корпусы подводных технологических модулей 1 к месту добычи полезных ископаемых, осуществляют спуск и установку на грунт, затем скрепляют с грунтом с помощью цементируемых свай 8. Для цементирования свай используют монтажный модуль 18, позволяющий бурить скважины под сваи с наперед заданным углом наклона, который транспортируют и устанавливают последовательно на посадочные места корпусов подводных технологических модулей 1 также с помощью специализированного судна с балластными емкостями 16 (фиг.2).

При этом с помощью монтажного модуля 18 пробуривают в грунте наклонные скважины 17, в которые устанавливают обсадные трубы для слабых пород (не показаны), затем свайные трубы 8 с расположением в твердых породах и цементируют их. После чего монтажный модуль 18 транспортируют к следующему подводному технологическому модулю 1.

Затем с помощью того же специализированного судна с балластными емкостями 16 последовательно транспортируют основание морской платформы 2 с верхней палубой 3, предназначенной для установки бурового модуля 27 или эксплуатационного модуля 6, и устанавливают на посадочные места корпусов подводных технологических модулей 1, и соединяют с наперед заданной жесткостью их связи с помощью системы крепежных натяжных соединений (фиг.3).

Наперед заданную жесткость связи основания морской платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения выполняют в виде якоря 9, жестко устанавливают внутри полости цементируемой сваи 6 на заданной глубине и соединяют с помощью соответствующего стержня 8 с натяжным механизмом 11, который устанавливают на основании морской платформы 2.

Наперед заданную жесткость связи основания морской платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения жестко связывают с корпусом подводного технологического модуля и соединяют с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании платформы, с помощью стержневого элемента или гибкого троса, с возможностью обеспечения ограниченного горизонтального перемещения при сейсмических нагрузках основания морской платформы относительно корпуса подводного технологического модуля (не показано).

С помощью устанавливаемого последовательно на подводных технологических модулях 1 основания морской платформы 2 с буровым модулем 27 (фиг.4) осуществляют бурение и монтаж технологических скважин 13 с использованием подвесной нижней палубы 4 и донной плиты 5, а устьевые соединители 14 устанавливают на подводных технологических модулях 1, соединяют технологические скважины периферийных подводных технологических модулей соответствующими коммуникациями с базовым подводным технологическим модулем 1, на котором располагают основание морской платформы 2, после окончания последовательного бурения скважин 13 на периферийных подводных технологических модулях, буровой модуль 27 морской платформы меняют на эксплуатационный 6, а периферийные подводные технологические модули закрывают защитными колпаками 29 (не показано).

При необходимости осуществления капитального ремонта основания платформы и скважин герметизируют устья скважин 13 с помощью устьевого оборудования 14, снимают эксплуатационный модуль 4 с основания платформы, отводят его к береговой технологической станции, а на основание платформы 2 устанавливают технологический модуль с соответствующим ремонтным оборудованием для осуществления капитального ремонта.

При прекращении эксплуатации технологического комплекса герметизируют устья скважин 13 с помощью устьевого оборудования 14, размыкают упругую натяжную систему, снимают эксплуатационный модуль 6, затем основание платформы 2 и последовательно отводят их к береговой технологической станции, при этом закрывают устьевое оборудование 14 защитным колпаком 29 (фиг.5), который устанавливают на соответствующие посадочные места корпуса подводного технологического модуля 1 и закрепляют его.

Предлагаемый способ, являющийся по существу универсальным, позволяет выполнять в целом морской технологический комплекс 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 с наперед заданной жесткостью с помощью упругой натяжной системы позволяет осуществлять сооружение технологических комплексов в сейсмически опасных зонах.

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.

Источники информации

1. Патент РФ № 2090699, кл. Е 02 В 17/00, опубл. 20.09.97.

2. Патент РФ № 2166065, кл. Е 21 В 43/01, опубл. 27.04.2001.

Формула изобретения

1. Способ сооружения морского технологического комплекса добычи полезных ископаемых, включающего центральную платформу с базовым подводным технологическим модулем и периферийные подводные технологические модули - сателлиты, при котором транспортируют технологические модули с помощью соответствующих транспортных средств к месту добычи полезных ископаемых, осуществляют спуск и установку на грунт, корпуса подводных технологических модулей скрепляют с грунтом с помощью свай, а подвижные технологические модули, на которые устанавливают технологическое или эксплуатационное оборудование, выполняют с возможностью установки на посадочные места корпусов подводных технологических модулей и жесткого соединения их с помощью соответствующей крепежной системы, отличающийся тем, что сваи, скрепляющие подводные технологические модули с грунтом, выполняют цементируемыми, при этом для цементирования свай используют монтажный модуль, позволяющий бурить скважины под сваи с наперед заданным углом наклона, который транспортируют и устанавливают последовательно на посадочные места корпусов подводных технологических модулей с помощью специализированного судна с балластными емкостями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью монтажного модуля пробуривают в грунте наклонные скважины, в которых располагают обсадные трубы с перекрытием слабых пород, свайные трубы располагают в твердых породах и затем цементируют их.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве подвижного технологического модуля, устанавливаемого на донный технологический модуль, используют основание морской платформы, при этом основание морской платформы последовательно транспортируют и устанавливают на посадочные места подводных технологических модулей с помощью специализированного судна с балластными емкостями и осуществляют наперед заданную жесткость их связи с помощью системы крепежных натяжных соединений.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что наперед заданную жесткость связи основания платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения выполняют в виде якоря, который жестко устанавливают внутри полости цементируемой сваи на заданной глубине и соединяют с помощью соответствующего стержня или гибкого троса с натяжным механизмом, установленным на основании морской платформы.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что наперед заданную жесткость связи основания морской платформы и корпуса подводного технологического модуля осуществляют тем, что опорный элемент каждого крепежного натяжного соединения жестко связывают с корпусом подводного технологического модуля и соединяют с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании морской платформы, с помощью стержневого элемента или гибкого троса, с возможностью обеспечения ограниченного горизонтального перемещения при сейсмических нагрузках основания морской платформы относительно корпуса подводного технологического модуля.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что с помощью устанавливаемого последовательно на подводных технологических модулях основания морской платформы с буровым модулем осуществляют бурение и монтаж технологических скважин, устьевые соединители устанавливают на подводных технологических модулях, соединяют технологические скважины периферийных подводных технологических модулей соответствующими коммуникациями с базовым подводным технологическим модулем, на котором располагают и закрепляют с помощью системы крепежных натяжных соединений морскую платформу после окончания последовательного бурения скважин на периферийных подводных технологических модулях, буровой модуль морской платформы меняют на эксплуатационный, а периферийные подводные технологические модули закрывают защитными колпаками.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при прекращении эксплуатации технологического комплекса герметизируют устья скважин, размыкают систему крепежных натяжных соединений, снимают эксплуатационный модуль, затем основание платформы, и последовательно отводят их к береговой технологической станции, при этом закрывают устья скважин защитным колпаком, который устанавливают на соответствующие посадочные места корпуса базового подводного технологического модуля и закрепляют его.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5