Ледостойкий опорный блок морской буровой платформы и способ его установки на дне континентального шельфа

Изобретение относится к строительству стационарных морских буровых платформ, устанавливаемых на мелководном с большой глубиной илистых отложений дне континентального шельфа. Блок содержит подводный ростверк, выполненный в виде двухъярусной фермы, образованной вертикальными свайными обоймами и горизонтальными связями, а также соединенные с ростверком опорные колонны. Горизонтальные связи фермы выполнены в виде плавучих емкостей, при этом связи, расположенные по периметру нижнего яруса фермы, разделены водонепроницаемыми перегородками на отсеки, снабженные средствами балластировки. Способ установки опорного блока на дне континентального шельфа включает буксировку, балластировку плавучих емкостей и закрепление опорного блока на дне акватории. Опорный блок буксируют в зону бурения скважин в проектном положении, отсеки плавучих емкостей балластируют до погружения нижнего яруса ростверка на 0,3-0,7 его высоты в илистую часть дна акватории, выравнивают дифферент и крен и вводят в обоймы ростверка крепежные сваи с последующим их заглублением в твердую часть дна и закреплением в обоймах. Балластировка отсеков плавучих емкостей и заглубление крепежных свай может производиться попарно в диагональных плоскостях относительно центра нижнего яруса ростверка. Изобретение позволяет упростить монтаж платформы и повысить надежность ее закрепления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к строительству морских сооружений, предназначенных для разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, преимущественно на мелководном континентальном шельфе, дно которого имеет большой слой илистых отложений.

При монтаже платформ для бурения на таком шельфе возникают сложные технические проблемы, связанные с транспортировкой опорного блока и установкой его на илистое дно. Применение мощного грузоподъемного судна для транспортировки опорного блока на мелководном (5-7 метров) шельфе невозможно из-за глубокой осадки, а при установке опорного блока на дне акватории, где илистый слой достигает глубины 4-6 метров, исключается возможность контроля и осуществление профилактических осмотров коммуникаций буровой платформы, расположенных в подводном ростверке.

Известен опорный блок морской буровой платформы, выполненный в виде затапливаемого понтона, с опорной колонной для установки буровых труб, закрепленный в вертикальном положении на специальном судне, которое в зоне бурения скважины стабилизируют якорной системой (см. авт. свидетельство СССР №376549, кл. Е 21 В 7/12, 1973 г.).

К недостаткам известного технического решения относятся сложность в изготовлении, установке в акватории и эксплуатации.

Известна также морская конструкция, содержащая подводный ростверк со свайными обоймами и опорными колоннами. Ростверк представляет собой взаимопересекающиеся фермы, в которых стойки выполнены в виде свайных обойм, причем опорные колонны и свайные обоймы пропущены и закреплены в отверстиях ярусов ферм (см. авт. свидетельство СССР №1250615, кл. Е 02 В 17/00, 1986 г.).

Недостатком известной конструкции является то, что ее транспортировку осуществляют на баржах большой грузоподъемности и используют на глубинном (40-50 метров) шельфе, дно которого не имеет илистых отложений. Тем не менее, по большинству существенных признаков и достигаемому техническому результату она принята в качестве прототипа и характеризуется следующими общими с заявленным изобретением признаками: ледостойкий опорный блок морской буровой платформы, содержащий подводный ростверк, выполненный в виде двухъярусной фермы, образованной вертикальными свайными обоймами, соединенными горизонтальными связями, а также соединенные с ростверком опорные колонны.

Известен способ транспортировки и установки морской стационарной платформы с опорным блоком и колоннами на морском дне, включающий их буксировку к месту бурения скважин и балластировку опорных колонн для установки на морском дне. Буксировку опорного блока с шарнирно соединенными колоннами с плавучими емкостями осуществляют в горизонтальном положении, а перевод в проектное положение проводят путем балластировки плавучих колонн (см. авт. свидетельство №1193231, кл. Е 02 В 17/00, 1985 г.). Принят за прототип.

Использование известного способа установки описанной платформы в акватории с глубокими илистыми отложениями и неровным наклонным дном невозможно, т.к. колонны при затоплении не могут развернуться в илистых отложениях, имеющих достаточную плотность или вязкость. Кроме того, на наклонном дне невозможно установить колонны на одной высоте их головок, что приведет к нарушению вертикального положения буровой платформы.

Опорный блок и способ его установки на дне континентального шельфа связаны единым изобретательским замыслом и общей для них технической задачей является создание ледостойкого опорного блока и способа его установки на мелководном континентальном шельфе, полностью отвечающим условиям буксировки по мелководью и установки на глубоком илистом слое дна со свободным доступом к коммуникациям бурильной платформы, проведенным в межярусном пространстве.

Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа платформы и обеспечение закрепления опорного блока в строго вертикальном положении на имеющем большие илистые отложения ровном или наклонном дне моря.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройство достигается тем, что в ледостойком опорном блоке морской буровой платформы, содержащем подводный ростверк, выполненный в виде двухъярусной фермы, образованной вертикальными свайными обоймами и горизонтальными связями, а также соединенные с ростверком опорные колонны, особенность заключается в том, что горизонтальные связи ростверка выполнены в виде плавучих емкостей, при этом связи, расположенные по периметру нижнего яруса фермы, разделены водонепроницаемыми перегородками на отсеки, снабжены средствами балластировки.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ достигается тем, что в известном способе установки ледостойкого опорного блока морской буровой платформы на дне континентального шельфа, включающем буксировку, балластировку плавучих емкостей и закрепление опорного блока на дне акватории, особенность заключается в том, что опорный блок буксируют в зону бурения скважины в проектном положении, отсеки плавучих емкостей балластируют до погружения нижнего яруса ростверка на 0,3-0,7 его высоты в илистую часть дна акватории, выравнивают дифферент и крен и вводят в обоймы ростверка крепежные сваи с последующим их заглублением в твердую часть дна и закреплением в обоймах.

Приведенные выше существенные признаки группы изобретений по объектам - устройство “Ледостойкий опорный блок морской буровой платформы” и - способ “Способ установки ледостойкого опорного блока морской буровой платформы на дне континентального шельфа” необходимы и достаточны для осуществления изобретения и достижения технического результата во всех случаях, подпадающих под правовую защиту.

Изобретение по объекту - способ также характеризуется тем, что балластировку отсеков плавучих емкостей и заглубление крепежных свай производят попарно в диагональных плоскостях относительно центра нижнего яруса ростверка.

Эти признаки являются частным случаем исполнения изобретения и отнесены к факультативным признакам.

Причинно-следственная связь существенных признаков и достигаемого технического результата состоит в следующем.

Выполнение горизонтальных связей ростверка в виде плавучих емкостей позволило использовать прочностные элементы конструкции в качестве плавсредств и за счет этого избавиться от применения постоянных или временных понтонов для буксировки опорного блока к месту бурения скважин.

Разделение плавучих емкостей водонепроницаемыми перегородками на отсеки, снабженные средствами контролируемой балластировки, позволило обеспечить плавное опускание ростверка при вертикальном расположении опорных колонн в верхнюю зону илистой части дна акватории, а при необходимости производить выравнивание дифферента и крена и достигать нулевой плавучести на заданной глубине погружения в илистой части грунта и удерживать блок в этом положении во время заглубления крепежных свай и закрепления их на свайных обоймах.

Расположение балластируемых отсеков по периметру нижнего яруса фермы позволило придать устойчивость опорному блоку при буксировке и погружении на расчетную глубину без дифферента и крена в строго вертикальном положении опорных колонн даже при среднем волнении моря.

Балластировка плавучих емкостей до их погружения на 0,3-0,7 высоты нижнего яруса ростверка в илистую часть дна акватории позволила перераспределить массу опорного блока на илистую часть грунта, обеспечив при этом его устойчивое положение даже при свободном опускании в илистые отложения крепежных свай, одновременно создав условия для монтажных и контрольно-профилактических работ и осмотров технологических коммуникаций, расположенных между ярусами ростверка буровой платформы. При этом погружение опорного блока в илистый слой менее 0,3 высоты нижнего яруса уменьшает его устойчивость в илистой части грунта при заглублении свай в твердый грунт, а при погружении свыше 0,7 его высоты технологические магистрали буровой платформы окажутся в илистом слое, что создаст проблемы при их осмотре и ремонте. Кроме того, при изменении параметров погружения ростверка в илистые отложения выше или ниже 0,5 высоты нижнего яруса ростверка создается меньшее удельное давление на ил, т.к. при опускании свыше 0,5 высоты нижнего яруса уменьшается площадь его опоры, а при опускании ниже 0,5 высоты слой ила, расположенный выше осевой линии, создает дополнительное давление на ростверк, увеличивая удельное давление на ил. Следовательно, оптимальной величиной погружения опорного блока в илистую часть дна акватории является величина 0,5 высоты плавучих емкостей нижнего яруса фермы ростверка.

Введение крепежных свай обоймы ростверка, зависшего в верхней зоне илистой части дна, и их заглубление через илистую в твердую часть морского дна позволило обеспечить надежное закрепление буровой платформы при воздействии горизонтальных нагрузок.

Балластировка отсеков плавучих емкостей и заглубление крепежных свай попарно в диагональных плоскостях, проходящих через центр нижнего яруса ростверка, исключает появление дифферента и крена опорного блока во время его закрепления на дне моря.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов - способ “Способ установки ледостойкого опорного блока морской буровой платформы на дне континентального шельфа” предназначен для осуществления другого заявленного объекта группы - устройство “Ледостойкий опорный блок морской буровой платформы”.

На фиг.1 показан ледостойкий опорный блок, вид сбоку; фиг.2 - то же, вид сверху; фиг.3 - место I на фиг.1, показана крышка средних обойм; фиг.4 - место II на фиг.1, показан отсек внешнего продольного звена нижнего яруса ростверка, вид с частичным разрезом; фиг.5 - сечение а-а на фиг.4, показана перегородка внешнего отсека продольного звена; фиг.6 - показан отсек дополнительной емкости, вид сбоку с частичным разрезом; фиг.7 - то же, вид по стрелке “А” на фиг.6; фиг.8 - сечение б-б на фиг.6, показана перегородка отсека дополнительной емкости; фиг.9 - схема балластировки отсеков плавучих емкостей и заглубления крепежных свай; фиг.10 - схема заглубления крепежных свай; фиг.11 - показана буксировка опорного блока в зону бурения скважин; фиг.12 - показана установка опорного блока в зоне бурения скважин и закрепление его на дне акватории.

Ледостойкий опорный блок (фиг.1 и 2) содержит ростверк 1 и закрепленные на нем опорные колонны 2. Ростверк 1 представляет собой пространственную ферму из нижнего 3 и верхнего 4 ярусов, образованных герметичным сварным соединением продольных 5 и поперечных 6 отрезков труб, в узлах соединений которых выполнены вертикальные обоймы 7 для установки и соединения с обоймами 7 крепежных свай 8 (фиг.12). Расположенные по центру ярусов 3 и 4 обоймы 7, являющиеся плавучими емкостями, закрыты сверху съемными крышками 9. Балластировку этих емкостей проводят путем съема указанных крышек. Расположенные на внешних сторонах нижнего яруса 3 ростверка 1 продольные 5 и поперечные 6 отрезки труб (фиг.4) разделены водонепроницаемыми перегородками 10 на герметичные отсеки 11, каждый из которых снабжен краном 12 подачи балластной воды и вентилем 13 отвода воздуха. В одном из примеров выполнения опорного блока (фиг.6 и 7) на продольных внешних отрезках труб нижнего 3 яруса ростверка 1 закреплены дополнительно плавучие емкости 14, которые разделены перегородками 15 с образованными сверху них отверстиями 16 на сообщающиеся отсеки 17, крайний и средний из которых снабжены кранами 18 подачи балластной воды, а каждая пара крайних отсеков соединена с воздухоотводящими трубами 19, свободные концы которых выведены на уровень верхнего яруса 4 ростверка 1 для подключения гибких шлангов с запорными вентилями (не показаны) для отвода из отсеков воздуха.

Опорные колонны 2 прикреплены к ярусам 3 и 4 ростверка 1 горизонтальными трубами 20 (фиг.1 и 2) и дополнительно раскосами 21 к верхнему 4 ярусу, которые являются силовыми элементами, воспринимающими волновую и ледовую нагрузку на опорный блок. Каждая колонна 2 имеет защитный кожух 22.

Опорный блок изготавливают и собирают в сухом доке акватории порта и после заполнения дока водой балластируют срединные обоймы 7, которые одновременно являются плавучими емкостями, путем открывания крышек 9 по схеме 1₁-4₁ (фиг.9) для выравнивания осадки опорного блока по транспортную ватерлинию и буксируют его в проектном положении судном с малой осадкой по акватории континентального шельфа в зону месторождения газа или нефти. Затем попарно в диагональных плоскостях H₁-H₁₅ относительно центра нижнего яруса ростверка водолазы последовательно открывают краны 12 по схеме 5₁-30₁ и регулируют поступление воды в отсеки 11 и 16 скоростью отвода воздуха через вентили 13 и воздушные трубы 18 до погружения опорного блока в илистый слой на 0,5 высоты нижнего 3 яруса ростверка 1 и создают ему нулевую плавучесть с опорой на верхнюю зону илистых отложений. При необходимости, регулируя балластировку соответствующих отсеков 11 и 16, проводят выравнивание дифферента и крена и вводят в обоймы 7 крепежные сваи 8 и заглубляют их через илистую в твердую часть дна моря попарно в диагональных плоскостях H'₁-Н'₁₂ относительно центра нижнего яруса ростверка по схеме 1'₁-20'₁, после чего крепежные сваи соединяют сваркой или бетонированием с обоймами 7. В таком положении закрепленного на дне моря опорного блока трубопровод 23 транспортировки газа или нефти и другие технологические коммуникации буровой платформы находятся над илистым слоем между ярусами ростверка 1 и доступны для профилактических осмотров и ремонта. Опорный блок таким образом подготовлен к монтажу площадок верхних строений, силового и технологического оборудования буровой платформы.

Применение заявляемого изобретения позволяет ускорить и упростить монтаж морской буровой платформы на мелководном с большой глубиной илистых отложений дне континентального шельфа.

1. Ледостойкий опорный блок морской буровой платформы, содержащий подводный ростверк, выполненный в виде двухъярусной фермы, образованной вертикальными свайными обоймами и горизонтальными связями, а также соединенные с ростверком опорные колонны, отличающийся тем, что горизонтальные связи фермы выполнены в виде плавучих емкостей, при этом связи, расположенные по периметру нижнего яруса фермы, разделены водонепроницаемыми перегородками на отсеки, снабженные средствами балластировки.

2. Способ установки ледостойкого опорного блока морской буровой платформы на дне континентального шельфа, включающий буксировку, балластировку плавучих емкостей и закрепление опорного блока на дне акватории, отличающийся тем, что опорный блок буксируют в зону бурения скважин в проектном положении, отсеки плавучих емкостей балластируют до погружения нижнего яруса ростверка на 0,3-0,7 его высоты в илистую часть дна акватории, выравнивают дифферент и крен и вводят в обоймы ростверка крепежные сваи с последующим их заглублением в твердую часть дна и закреплением в обоймах.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что балластировку отсеков плавучих емкостей и заглубление крепежных свай производят попарно в диагональных плоскостях относительно центра нижнего яруса ростверка.