Способ сооружения морской глубоководной платформы

 

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, к сооружению технологических комплексов, которые обеспечивают проведение, преимущественно эксплуатационных, работ на глубоководном шельфе открытого моря. При сооружении морской глубоководной платформы устанавливают донные крепежные элементы в месте добычи полезных ископаемых, транспортируют полупогруженное основание платформы к месту добычи полезных ископаемых и соединяют основание платформы с донными крепежными элементами с помощью соответствующих опорных силовых элементов. На основании платформы устанавливают верхнюю палубу с технологическим оборудованием. Донные крепежные элементы выполняют в виде цементируемых свай, скважины под которые предварительно пробуривают с помощью соответствующего технологического оборудования. Опорные силовые элементы выполняют жесткими и их соединяют с цементируемыми сваями и с дополнительно введенным подводным понтоном с балластным грузом с образованием жесткой фермы, например в виде усеченной пирамиды, у которой в качестве верхнего основания служит упомянутый подводный понтон, причем подводный понтон используют в качестве опорного элемента для полупогруженного основания платформы. Изобретение обеспечивает повышение экономической эффективности и эксплуатационной безопасности морской платформы за счет ее конструктивной жесткости и малых массогабаритных характеристик. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

Известно техническое решение, которое предусматривает сооружение морского технологического комплекса, включающего морскую платформу, подводные сателлиты и береговую технологическую базу, связанные между собой соответствующими технологическими коммуникациями, причем морская платформа включает в себя основание, жестко связанное с грунтом с помощью свай, на основании установлена горизонтальная платформа с технологическим оборудованием, а подводные сателлиты включают в себя эксплуатационные скважины с устьевым оборудованием [1].

Основание морской платформы известного технологического модуля предназначено для установки на относительно небольших глубинах, поскольку конструкция не позволяет увеличить противодействие внешним нагрузкам, в частности опрокидывающему моменту, действующему совместно с вибрационными нагрузками. Кроме того, на слабых грунтах, обладающих низкими прочностными характеристиками, использование известного технического решения является сложным и экономически неоправданным.

Известен также способ сооружения морской глубоководной платформы, при котором устанавливают донные крепежные элементы в месте добычи полезных ископаемых, транспортируют полупогруженное основание платформы к месту добычи полезных ископаемых и соединяют основание платформы с донными крепежными элементами с помощью соответствующих силовых элементов, на основании платформы устанавливают верхнюю палубу с технологическим оборудованием [2] - прототип.

При этом морская платформа крепится к грунту с помощью гибких опорных силовых элементов якорной системы.

Известное техническое решение позволяет производить добычу полезных ископаемых в открытом море на больших глубинах, однако оно не является надежным при использовании его в арктических регионах, поскольку не имеет необходимых средств для противодействия опрокидывающему моменту. Нарушение целостности хотя бы одного из гибких силовых элементов якорной системы, например при взаимодействии с подводными льдами (стамугами), может привести к непредсказуемым последствиям. Необходимость наличия системы динамической стабилизации при использовании известного технического решения приводит к увеличению стоимости и уменьшению надежности работы в любых широтах при значительном морском течении и волнении моря.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания способа сооружения глубоководной стационарной морской технологической платформы с обеспечением экономической эффективности и эксплуатационной безопасности за счет конструктивной жесткости морской платформы с обеспечением малых массогабаритных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что реализуется способ сооружения морской глубоководной платформы, при котором устанавливают донные крепежные элементы в месте добычи полезных ископаемых, транспортируют полупогруженное основание платформы к месту добычи полезных ископаемых и соединяют основание платформы с донными крепежными элементами с помощью соответствующих опорных силовых элементов, на основании платформы устанавливают верхнюю палубу с технологическим оборудованием, причем донные крепежные элементы выполняют в виде цементируемых свай, скважины под которые предварительно пробуривают с помощью соответствующего технологического оборудования, опорные силовые элементы выполняют жесткими, последние соединяют с цементируемыми сваями и с дополнительно введенным подводным понтоном с балластным грузом с образованием жесткой фермы, например в виде усеченной пирамиды, у которой в качестве верхнего основания служит упомянутый подводный понтон, причем подводный понтон используют в качестве опорного элемента для полупогруженного основания платформы.

Кроме того, подводный понтон с помощью балластного груза предварительно позиционируют относительно поверхности дна и поверхности моря, затем фиксируют его положение с помощью вспомогательной якорной системы.

При этом, основание платформы транспортируют к месту установки, позиционируют его относительно подводного понтона, опускают его на посадочные места подводного понтона и фиксируют их относительно друг друга с помощью соответствующих крепежных соединений.

Плавучую платформу с верхней палубой, предназначенной для установки технологического оборудования, транспортируют в надводном положении к месту ее установки и позиционируют относительно основания, уменьшают натяжение вспомогательной якорной системы, поднимают основание морской платформы путем освобождения балластных емкостей подводного понтона, сначала для обеспечения их стыковки и фиксации относительно друг друга, а затем - для установки в рабочее положение на заданной высоте относительно уровня моря, после чего обеспечивают рабочее натяжение вспомогательной якорной системы.

Опорные силовые элементы морской платформы выполняют с регулируемой плавучестью, транспортируют их к месту установки в надводном положении, осуществляют регулируемое погружение силового элемента, закрепляют один из его концов с поворотным крепежным элементом подводного понтона, затем осуществляют дополнительное регулируемое погружение его свободного конца, путем поворота относительно подводного понтона до обеспечения контакта с поверхностью дна с заданным углом наклона.

С помощью технологического оборудования установленного на верхней палубе морской платформы осуществляют бурение скважин под сваи, причем буровую трубу располагают во внутренней полости силового элемента выполняющей функцию направления для осуществления бурения.

После осуществления бурения скважин под сваи, устанавливают в них сваи и цементируют их с обеспечением наперед заданной жесткости связи с твердым грунтом, а после достижения заданных характеристик упомянутой жесткости, жестко соединяют силовые элементы с цементируемыми сваями с помощью соответствующей крепежной системы, затем убирают вспомогательную якорную систему, а на верхней палубе устанавливают соответствующее технологическое оборудование.

При ликвидации морской платформы после окончании ее эксплуатации, осуществляют последовательный демонтаж технологического оборудования верхней палубы, разъединяют верхнюю палубу относительно основания платформы, разъединяют элементы крепежной системы, соединяющие опорные силовые элементы с цементируемыми сваями и подводным понтоном и осуществляют последовательный регулируемый подъем, путем освобождения от соответствующего балластного груза, и транспортируют упомянутые составляющие морской платформы на технологическую базу или к новому месту их установки.

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 заявленного объекта-устройства.

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 независимом пункте формулы изобретения.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию “новизна” по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного объекта требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранного прототипа признаками заявленного 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 чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 показан пример конструктивного выполнения морской технологической платформы в рабочем состоянии, сооруженной при реализации предложенного способа.

На фиг.2 - показана схема расположения подводного понтона со вспомогательной якорной системой в момент позиционирования относительно него верхней палубы.

На фиг.3 - показано технологическое положение основания платформы с верхней палубой в начале операции регулируемого погружения опорных силовых элементов.

На фиг.4 - показана схема бурения скважин под цементируемые сваи.

Морская платформа, сооруженная по предлагаемому способу в предпочтительном варианте (фиг.1), содержит жесткую ферму 1, выполненную в виде усеченной пирамиды, которая включает опорные силовые элементы 2, образующие ее боковые грани. Верхние концы опорных силовых элементов 2 жестко связаны с поворотными крепежными элементами 3 подводного понтона 4, а нижними концами опираются на соответствующие торцевые поверхности свай 5, связанных с жесткой породой морского дна с помощью цементного раствора 6. Подводный понтон 4 содержит емкость, снабженную балластным грузом 7.

Подводный понтон 4 содержит в своей центральной части посадочные места с крепежными элементами 8, которые предназначены для расположения и закрепления корпуса полупогруженного основания 9. На основании 9 располагается плавучая платформа 10, а на последней - верхняя палуба 11 с технологическим оборудованием 12.

В предпочтительном варианте опорные силовые элементы 2 выполняются с регулируемой плавучестью, которую обеспечивают соответствующие балластные емкости, расположенные около внешней ее оболочки. В центральной части опорные силовые элементы 2 выполнены полыми. Опорные силовые элементы 2 соединяются со сваями с помощью крепежной системы, которая включает в себя стержневой элемент 13, располагаемый центральной части опорных силовых элементов 2 фиксирующий механизм 14 и зажимной механизм 15.

Морская глубоководная платформа в рабочем состоянии включает в себя подводный технологический модуль 16, содержащий устьевое оборудование (не показано) технологических скважин 17.

Для предварительного позиционирования подводного понтона 4 и осуществления операций, необходимых для монтажа платформы, используется вспомогательная якорная система 18 (фиг.2-4), а также буровое оборудование 19 (фиг.3-4), включающее буровую трубу 20, с рабочим инструментом 21 (фиг.4).

В наиболее предпочтительном варианте предлагаемый способ сооружения морской глубоководной платформы (фиг.1) реализуется следующим образом.

К месту добычи полезных ископаемых транспортируют подводный понтон 4 и с помощью вспомогательной якорной системы 18 (фиг.2) позиционируют его относительно поверхности воды и дна моря. Затем транспортируют полупогруженное основание платформы 9, плавучую платформу 10 с верхней палубой 11, на которой устанавливается технологическое оборудование 12. Соединяют основание платформы 9 с подводным понтоном 4 и с плавучей платформой 10, а подводный понтон 4 также с донными крепежными элементами - цементируемыми сваями 5 с помощью соответствующих опорных силовых элементов 2. Сваи 5 закрепляют в жестком грунте с помощью цементного раствора 6, скважины под которые предварительно пробуривают с помощью соответствующего технологического оборудования - бурового оборудования 19 (фиг.3-4). Опорные силовые элементы 2 выполняют жесткими, соединяют их с цементируемыми сваями 5 и с дополнительно введенным подводным понтоном 4 с балластным грузом 7 с образованием жесткой фермы 1, например, в виде усеченной пирамиды, у которой в качестве верхнего основания служит упомянутый подводный понтон 4, причем подводный понтон 4 используют в качестве опорного элемента для полупогруженного основания 9 морской платформы.

При этом подводный понтон 4 с помощью балластного груза 7 предварительно позиционируют относительно поверхности дна и поверхности моря, затем фиксируют его положение с помощью вспомогательной якорной системы 18 (фиг.2).

Кроме того, основание платформы 9 транспортируют к месту установки, позиционируют его относительно подводного понтона 4, опускают его на посадочные места подводного понтона и фиксируют их относительно друг друга с помощью соответствующих крепежных элементов 8.

Плавучую платформу 10 с верхней палубой 11 морской платформы, предназначенной для установки технологического оборудования 12, транспортируют в надводном положении к месту ее установки и позиционируют относительно основания 9, уменьшают натяжение вспомогательной якорной системы 18, поднимают основание 9 морской платформы путем освобождения емкости подводного понтона 4 от балластного груза, сначала для обеспечения их стыковки и фиксации относительно друг друга, а затем - для установки в рабочее положение на заданной высоте относительно уровня моря, после чего обеспечивают рабочее натяжение вспомогательной якорной системы.

Опорные силовые элементы 2 морской платформы выполняют с регулируемой плавучестью, транспортируют их к месту установки в надводном положении (фиг.3), осуществляют регулируемое погружение силового элемента 2, закрепляют один из его концов с поворотным крепежным элементом 3 подводного понтона 4, затем осуществляют дополнительное регулируемое погружение его свободного конца, путем поворота относительно подводного понтона 4 до обеспечения контакта с поверхностью дна с заданным углом наклона.

С помощью технологического оборудования - бурового оборудования 19 (фиг.4), установленного на верхней палубе 11 плавучей платформы 10 осуществляют бурение скважин под сваи, причем буровую трубу 20 располагают во внутренней полости опорного силового элемента 2, выполняющей функцию направления для осуществления бурения.

После осуществления бурения скважин под сваи, устанавливают в них сваи 5 и цементируют их с обеспечением наперед заданной жесткости связи с твердым грунтом, а после достижения заданных характеристик упомянутой жесткости, жестко соединяют силовые элементы 2 с цементируемыми сваями с помощью соответствующей крепежной системы, затем убирают вспомогательную якорную систему 18, а на верхней палубе 11 устанавливают соответствующее технологическое оборудование.

При ликвидации морской платформы после окончании ее эксплуатации, осуществляют последовательный демонтаж технологического оборудования 12 верхней палубы 11, плавучей платформы 10 относительно основания платформы 9, разъединяют элементы крепежной системы, соединяющие опорные силовые элементы 2 с цементируемыми сваями 5 и подводным понтоном 4 и осуществляют последовательный их регулируемый подъем, путем освобождения от соответствующего балластного груза, и транспортируют упомянутые составляющие морской платформы на технологическую базу или к новому месту их установки.

Предложенное техническое решение позволяет повысить экономическую эффективность конструкции глубоководной морской технологической платформы путем обеспечения возможности жесткой связи с морским дном и использования жесткой фермы с одновременным уменьшением массогабаритных характеристик. Оптимизировать параметры платформы с обеспечением безопасности функционирования при установке ее на глубинах свыше 300 м с выполнением требований экологической безопасности.

Таким образом, для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте ниже изложенной 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 № 2166065, кл. Е 21 В 43/01, 2001.

2. Патент США № 5381865, кл. В 63 В 35/44, 1995.

Формула изобретения

1. Способ сооружения морской глубоководной платформы, при котором устанавливают донные крепежные элементы в месте добычи полезных ископаемых, транспортируют полупогруженное основание платформы к месту добычи полезных ископаемых и соединяют основание платформы с донными крепежными элементами с помощью соответствующих опорных силовых элементов, на основании платформы устанавливают верхнюю палубу с технологическим оборудованием, отличающийся тем, что донные крепежные элементы выполняют в виде цементируемых свай, скважины под которые предварительно пробуривают с помощью соответствующего технологического оборудования, опорные силовые элементы выполняют жесткими, последние соединяют с цементируемыми сваями и с дополнительно введенным подводным понтоном с балластным грузом с образованием жесткой фермы, например в виде усеченной пирамиды, у которой в качестве верхнего основания служит упомянутый подводный понтон, причем подводный понтон используют в качестве опорного элемента для полупогруженного основания платформы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подводный понтон с помощью балластного груза предварительно позиционируют относительно поверхности дна и поверхности моря, затем фиксируют его положение с помощью вспомогательной якорной системы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что основание платформы транспортируют к месту установки, позиционируют его относительно подводного понтона, опускают его на посадочные места подводного понтона и фиксируют их относительно друг друга с помощью соответствующих крепежных соединений.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что плавучую платформу с верхней палубой, предназначенной для установки технологического оборудования, транспортируют в надводном положении к месту ее установки и позиционируют относительно основания, уменьшают натяжение вспомогательной якорной системы, поднимают основание морской платформы путем освобождения балластных емкостей подводного понтона, сначала для обеспечения их стыковки и фиксации относительно друг друга, а затем - для установки в рабочее положение на заданной высоте относительно уровня моря, после чего обеспечивают рабочее натяжение вспомогательной якорной системы.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что опорные силовые элементы морской платформы выполняют с регулируемой плавучестью, транспортируют их к месту установки в надводном положении, осуществляют регулируемое погружение силового элемента, закрепляют один из его концов с поворотным крепежным элементом подводного понтона, затем осуществляют дополнительное регулируемое погружение его свободного конца путем поворота относительно подводного понтона до обеспечения контакта с поверхностью дна с заданным углом наклона.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что с помощью технологического оборудования, установленного на верхней палубе морской платформы, осуществляют бурение скважин под сваи, причем буровую трубу располагают во внутренней полости силового элемента, выполняющей функцию направления для осуществления бурения.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что после осуществления бурения скважин под сваи устанавливают в них сваи и цементируют их с обеспечением наперед заданной жесткости связи с твердым грунтом, а после достижения заданных характеристик упомянутой жесткости жестко соединяют силовые элементы с цементируемыми сваями с помощью соответствующей крепежной системы, затем убирают вспомогательную якорную систему, а на верхней палубе устанавливают соответствующее технологическое оборудование.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что при ликвидации морской платформы после окончании ее эксплуатации осуществляют последовательный демонтаж технологического оборудования верхней палубы, разъединяют верхнюю палубу относительно основания платформы, разъединяют элементы крепежной системы, соединяющие опорные силовые элементы с цементируемыми сваями и подводным понтоном, и осуществляют последовательный регулируемый подъем путем освобождения от соответствующего балластного груза, и транспортируют упомянутые составляющие морской платформы на технологическую базу или к новому месту их установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4