Способ сооружения морской платформы

 

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, к сооружению технологических комплексов, которые обеспечивают проведение работ на шельфе открытого моря с возможностью противодействия как ледовым, так и сейсмическим нагрузкам. При сооружении морской платформы 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 системы анкерных силовых соединений. Анкерный элемент каждого анкерного силового соединения жестко связывают с грунтом с помощью цементирования. Для жесткой связи анкерного элемента с грунтом используют полые цементируемые сваи, которые относительно корпуса основания устанавливают с зазором. Внутри полых цементируемых свай устанавливают анкерный элемент, на конце которого закреплен якорь. С помощью якоря жестко связывают анкерный элемент с цементируемой сваей. Второй конец анкерного элемента связывают с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании на уровне поверхности моря. Затем выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, с обеспечением наперед заданной величины. Изобретение обеспечивает создание схемы выполнения силового нагружения морской платформы, которая позволяет, с одной стороны, равномерно распределять нагрузку между анкерными соединениями, а с другой стороны, увеличивать противодействие внешним нагрузкам при уменьшении массогабаритных характеристик с учетом возможности установки платформы как на слабых, так и на жестких грунтах. 5 з.п. ф-лы, 3 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 с обеспечением противодействия как ледовым, так и сейсмическим нагрузкам.

Известен способ сооружения морской платформы, при котором основание крепят к грунту с помощью цементируемых свай, 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, а также внутреннюю полость последней заполняют цементным раствором, причем длину обсадных труб выбирают из условия перекрытия неустойчивых пород [1].

Известное техническое решение позволяет устанавливать морские платформы на любых грунтах в арктических зонах и зонах с повышенной сейсмичностью с достаточно высокой надежностью за счет повышенного сопротивления сдвигу и опрокидывающему моменту.

Однако для обеспечения необходимых требований надежности эксплуатации морской платформы требуется достаточно большое суммарное поперечное сечение цементируемых свай вследствие того, что при воздействии внешних нагрузок от ледового покрова они воспринимают нагрузку от опрокидывающего момента неравномерно. Следовательно, при реализации известного способа конструкция платформы обладает повышенными массогабаритными характеристиками и, как следствие, низкой экономической эффективностью.

Известно также техническое решение, при котором транспортируют основание морской платформы и верхнюю палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание морской платформы и крепят его ко дну с помощью системы анкерных силовых соединений, анкерный элемент каждого анкерного силового соединения жестко связывают с грунтом с помощью цементирования [2 - прототип].

Известное техническое решение предназначено для установки морских платформ в арктических широтах, однако оно предусматривает их установку лишь на относительно слабых грунтах. Морская платформа, сооруженная по известному способу, имеет большие массогабаритные характеристики вследствие того, что противодействие ледовому покрову оказывает масса самой платформы с учетом необходимого количества балласта. В случае использования анкерных натяжных соединений предусматривается их использование только на мягких грунтах и восприятие ими нагрузок возможно лишь в ограниченном диапазоне, несмотря на их количество и цементную заделку их в грунт.

Целью настоящего изобретения заключается в создании такой схемы выполнения силового нагружения морской платформы, которая позволяет, с одной стороны, равномерно распределять нагрузку между анкерными соединениями, а с другой стороны, увеличивать противодействие внешним нагрузкам при уменьшении массогабаритных характеристик с учетом обеспечения возможности установки платформы как на слабых, так и на жестких грунтах.

Указанная цель достигается тем, что реализуется способ сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание морской платформы и верхнюю палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание морской платформы и крепят его ко дну с помощью системы анкерных силовых соединений, анкерный элемент каждого анкерного силового соединения жестко связывают с грунтом с помощью цементирования, причем для жесткой связи анкерного элемента с грунтом используют полые цементируемые сваи, цементируемые сваи относительно корпуса основания устанавливают с зазором, внутри полых цементируемых свай устанавливают анкерный элемент, на конце которого закреплен якорь, с помощью последнего жестко связывают анкерный элемент с цементируемой сваей, второй конец анкерного элемента связывают с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании платформы на уровне поверхности моря, затем выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, с обеспечением наперед заданной величины.

При этом транспортируют основание морской платформы в надводном положении и устанавливают его на грунт с использованием балластных емкостей, которые располагают внутри основания морской платформы.

Кроме того, нагружение анкерных силовых соединений обеспечивают ступенчато, причем первую ступень нагружения обеспечивают с помощью располагаемого на верхней палубе морской платформы бурового оборудования, а вторую - с помощью дополнительно введенного в силовую цепь каждого анкерного силового соединения соответствующего гидравлического натяжного механизма.

Выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, путем соединения между собой рабочих полостей плунжеров гидравлических натяжных механизмов с образованием замкнутой гидравлической цепи.

Выравнивают положение платформы в горизонтальной плоскости путем подачи рабочей жидкости в рабочие полости плунжеров соответствующего гидравлического натяжного механизма, при этом предварительно отсоединяют ее от замкнутой гидравлической цепи, а после выравнивания соединяют вновь.

Замкнутую гидравлическую цепь, соединяющую рабочие полости плунжеров гидравлических натяжных механизмов, соединяют с соответствующей системой подпитки.

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, характеризующими 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.

Пример реализации предлагаемого способа поясняется рисунками, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 изображена схема силового соединения основания с грунтом с помощью системы анкерных силовых соединений;

на фиг.2 - вариант выполнения гидравлического натяжного механизма анкерных элементов - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - вариант выполнения схемы питания гидравлических натяжных механизмов.

Основание морской платформы 1 (фиг.1) выполнено в виде двух жестко соединенных встречно-направленных усеченных конусов с расположением минимального сечения на уровне моря - на уровне взаимодействия с ледовым покровом. Основание устанавливается на грунт. В верхней части основания располагается верхняя палуба 2 с технологическим оборудованием, в частности, содержащим установку для наклонного бурения 3.

Установка для наклонного бурения 3 с помощью буровой трубы 4 связана с натяжным механизмом 5, который в рассматриваемом варианте выполнен гидравлическим. Натяжной механизм 5 непосредственно соединен с анкерным элементом 6, на конечной части которого расположен якорь 7.

Якорь 7 жестко установлен внутри полой цементируемой сваи 8. Полая цементируемая свая устанавливается относительно основания с зазором 9 для обеспечения относительного смещения при деформации грунта при его усадке в процессе эксплуатации морской платформы с учетом взаимодействия с ледовым покровом и возможных сейсмических нагрузок. Основание морской платформы 1 содержит балластные емкости 10, которые служат для обеспечения ее транспортировки в надводном положении, а также для погружения и установки на грунт. В нижней части основания морской платформы 1 выполнены выемки для коммуникаций 11, которые необходимы для обеспечения их сохранения в случае снятия основания морской платформы 1 с грунта и дальнейшей ее транспортировки.

Установка для наклонного бурения 3 помимо своей основной функции - бурения наклонных скважин и цементирования свай также позволяет осуществлять предварительное натяжение анкерных силовых соединений.

Окончательное натяжение анкерных элементов 6 с обеспечением наперед заданной величины осуществляется с помощью гидравлического натяжного механизма 5.

Гидравлический натяжной механизм 5 (фиг.2) содержит корпус 12, который жестко связан с основанием морской платформы 1, в центральной части он имеет выемку для расположения в ней анкерного элемента 6. В корпусе 12 равномерно по окружности расположены плунжеры 13, рабочие объемы которых соединены с коллектором 14 и посредством трубопроводов 15 с коллекторами других натяжных механизмов. Плунжеры 13 снабжены уплотняющими элементами 16 и имеют возможность взаимодействия с подвижной обоймой 17, в которой расположены равномерно по окружности клинья 18, охватывающие анкерный элемент 6.

Схема питания гидравлических натяжных механизмов (фиг.3) включает в себя гидронасос 19 и компрессор 20. Гидронасос 19 через обратный клапан 21 посредством трубопроводов 15 и 22 с замкнутыми контурами имеет возможность соединения через вентили 23 с коллекторами 14 (фиг.2) гидравлических натяжных механизмов 5, а также с регуляторами давления 24. Компрессор 20 через соответствующий обратный клапан 21 посредством воздушного трубопровода 25 связан с соответствующей полостью регулятора давления 24.

Предложенный способ сооружения морской платформы реализуется следующим образом.

Сначала осуществляют транспортировку основания морской платформы 1 и верхнюю палубу 2 в надводном положении к месту их установки, осуществляют установку на грунт основания морской платформы 1, затем производят бурение наклонных скважин с помощью установки для наклонного бурения 3 под полые цементируемые сваи 8, причем устанавливают их относительно основания с наперед заданным зазором 9 (фиг.1).

После установки полых цементируемых свай 8 осуществляют крепление основания платформы к грунту с помощью системы силовых анкерных соединений. При этом внутри полых цементируемых свай 8 устанавливают анкерный элемент 6, на конце которого закреплен якорь 7, с помощью последнего жестко связывают анкерный элемент 6 с цементируемой сваей 8, второй конец анкерного элемента 6 связывают с соответствующим натяжным механизмом 5, установленным на основании морской платформы 1 на уровне поверхности моря, затем выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение.

Транспортируют основание морской платформы 1 в надводном положении и устанавливают его на грунт с использованием балластных емкостей 10, которые располагают внутри основания платформы.

Нагружение анкерных силовых соединений обеспечивают ступенчато, причем первую ступень нагружения обеспечивают с помощью располагаемого на горизонтальной площадке морской платформы бурового оборудования - установки для наклонного бурения 3, а вторую - с помощью дополнительно введенного в силовую цепь каждого анкерного силового соединения соответствующего гидравлического натяжного механизма 5 (фиг.2).

Выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, путем соединения между собой рабочих полостей плунжеров гидравлических натяжных механизмов 5 с образованием замкнутой гидравлической цепи (фиг.3). Рабочая жидкость от гидронасоса 19 через обратный клапан 21 поступает через замкнутые трубопроводы 15 и 22 к коллекторам 14 натяжных механизмов 5.

Выравнивают положение платформы в горизонтальной плоскости путем подачи рабочей жидкости в рабочие полости плунжеров 13 соответствующего гидравлического натяжного механизма, при этом с помощью вентилей 23 предварительно отсоединяют ее от замкнутой гидравлической цепи, а после выравнивания соединяют вновь.

Замкнутую гидравлическую цепь, соединяющую рабочие полости плунжеров 13 гидравлических натяжных механизмов 5, соединяют с соответствующей системой подпитки, при этом регулятор давления 24 обеспечивает наперед заданное давление.

Предложенное техническое решение позволяет повысить экономичность с одновременным обеспечением надежности сооружения морской платформы за счет оптимального силового нагружения конструкции морской платформы - веса самой платформы, веса балласта и создания искусственной гравитации путем использования анкерных силовых соединений при наличии цементируемых свай, жестко связанных с устойчивым грунтом. Получение положительного результата обусловлено наличием замкнутой гидравлической системы нагружения анкерных силовых соединений, что позволяет сохранять одинаковую наперед заданную величину нагрузки на анкерные силовые соединения при естественной осадке неустойчивых пород, а также равномерно распределять силовую нагрузку между анкерными силовыми соединениями при внешних нагрузках - от волнения моря, от взаимодействия с ледовым покровом, а также при сейсмических нагрузках.

Таким образом, для заявленного технического решения 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 № 2198261, МПК 7 Е 02 В 17/00, опубл. 2003.

2. Стюарт В.П. Платформа для разведки и эксплуатации нефтегазовых месторождений в Арктике. - Нефть и газ, № 3, 1986.

Формула изобретения

1. Способ сооружения морской платформы, при котором транспортируют основание морской платформы и верхнюю палубу с технологическим оборудованием в надводном положении к месту их установки, устанавливают на дно основание и крепят его ко дну с помощью системы анкерных силовых соединений, анкерный элемент каждого анкерного силового соединения жестко связывают с грунтом с помощью цементирования, отличающийся тем, что для жесткой связи анкерного элемента с грунтом используют полые цементируемые сваи, полые цементируемые сваи относительно корпуса основания морской платформы устанавливают с зазором, внутри полых цементируемых свай устанавливают анкерный элемент, на конце которого закреплен якорь, с помощью последнего жестко связывают анкерный элемент с цементируемой сваей, второй конец анкерного элемента связывают с соответствующим натяжным механизмом, установленным на основании морской платформы на уровне поверхности моря, затем выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, с обеспечением наперед заданной величины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортируют основание морской платформы в надводном положении и устанавливают его на грунт с использованием балластных емкостей, которые располагают внутри основания морской платформы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагружение анкерных силовых соединений обеспечивают ступенчато, причем первую ступень нагружения обеспечивают с помощью располагаемого на верхней палубе морской платформы бурового оборудования, а вторую - с помощью дополнительно введенного в силовую цепь каждого анкерного силового соединения соответствующего гидравлического натяжного механизма.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выравнивают нагрузки, действующие на каждое анкерное силовое соединение, путем соединения между собой рабочих полостей плунжеров гидравлических натяжных механизмов с образованием замкнутой гидравлической цепи.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что выравнивают положение платформы в горизонтальной плоскости путем подачи рабочей жидкости в рабочие полости плунжеров соответствующего гидравлического натяжного механизма, при этом предварительно отсоединяют их от замкнутой гидравлической цепи, а после выравнивания соединяют вновь.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что замкнутую гидравлическую цепь, соединяющую рабочие полости плунжеров гидравлических натяжных механизмов, соединяют с соответствующей системой подпитки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3