Способ инженерной защиты добывающей платформы плавучего типа от ледовых воздействий в условиях арктического шельфа

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений и может быть применено для создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа в ледовых условиях арктического шельфа. Способ включает установку по периметру платформы защитной ограждающей конструкции. При этом до установки платформы в проектное положение по периметру платформы с зазором устанавливают, по меньшей мере, один ряд опор из металлических свай круглого сечения, заглубленных в неустойчивые донные отложения или в коренные породы. В сваи монтируют охлаждающие устройства и производят искусственное замораживание воды и грунта вокруг свай, причем образующиеся вокруг свай монолитные цилиндры - льдогрунтовые в основании и ледовые в воде, должны смыкаться со смежными цилиндрами, образуя сплошную ледогрунтовую в основании и ледовую в воде защитную противоударную и противофильтрационную стену. Технический результат заключается в повышении эффективности инженерной защиты платформ плавучего типа в условиях арктического шельфа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений и касается способа создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений в ледовых условиях арктического шельфа.

Известна конструкция пояса ледовой защиты (RU 2382849 С1, МПК Е02В 17/00, опубликовано 27.02.2010 г.), выполненного U-образным, ветви которого установлены по всей длине буксируемого корпуса с зазором, величина которого превышает 2 метра, и сопряжены у оконечности буксируемого корпуса с примыканием к ледостойкому корпусу блок-кондуктора. Пояс ледовой защиты выполнен в виде свайной структуры, элементы которой установлены с образованием внутреннего и внешнего рядов равноудаленных свай и соединены распорами в шахматном порядке, причем высота внутреннего ряда свай превышает высоту внешнего ряда свай.

Известен противоледовый защитный барьер (RU 67590 U1, МПК Е02В 15/02, опубликовано 27.10.2007), включающий два ряда свай, расположенных в шахматном порядке, и наклонную балку, опертую на оголовки свай, заглубленных в дно акватории. Отметка оголовка свай второго ряда находится на максимальной отметке уровня воды УВ в период ледохода, а отметка оголовка свай первого ряда - на отметке нижней поверхности льда в период ледохода, образуя угол наклона β наклонной балки. На каждую сваю защитного барьера установлено, по меньшей мере, две наклонные балки. Лед, приносимый течением, наползает на наклонные балки, ломается изгибом и под действием силы тяжести проваливается между сваями первого ряда, образуя ледяной барьер.

Применение известных ограждающих конструкций возможно в условиях мелководного арктического шельфа с устойчивыми грунтами в основании. Кроме того, в случае утечки нефти известные ограждающие конструкции не обеспечивают локализацию нефтяного загрязнения.

Надежность эксплуатации нефтяных платформ, установленных на арктическом шельфе, зависит от соотношения между параметрами ледовых структур и формой преграды для их движения. Образование торосов, увеличение толщины и размеров ледовых полей как со стороны наплыва льдин, так и в результате ветрового нагона ледовых полей увеличивает в несколько раз горизонтальные ледовые нагрузки, что, в свою очередь, требует усиления ледовой защиты.

Предлагаемое техническое решение позволяет решить задачи, связанные с эксплуатацией добывающих платформ плавучего типа на арктическом шельфе путем обеспечения круглогодичной инженерной защиты разведочных и добывающих платформ плавучего типа от неблагоприятных природно-климатических воздействий в условиях арктического шельфа, в том числе при наличии слабых и вечномерзлых грунтов в основании.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе инженерной защиты добывающей платформы плавучего типа от ледовых воздействий в условиях арктического шельфа, включающем устройство по периметру платформы защитной ограждающей конструкции, согласно изобретению до установки добывающей платформы в проектное положение (над скважиной) и ее монтажа по периметру платформы с зазором устанавливают, по меньшей мере, один ряд опор из металлических свай круглого сечения, заглубленных в неустойчивые донные отложения или в коренные породы. В сваи монтируют замораживающие устройства. После окончания монтажа замораживающие устройства включают в работу, и они намораживают вокруг свай монолитные цилиндры - опоры большого диаметра - льдогрунтовые - в основании и ледовые - в воде. Шаг установки свай рассчитывают так, чтобы цилиндры замораживаемого грунта и воды, образующиеся вокруг свай, смыкались с соседними цилиндрами, образуя сплошную ледогрунтовую в основании и ледовую в воде защитную противоударную и противофильтрационную стену.

Горизонтальные усилия, действующие на защитную противоударную и противофильтрационную стену, передаются на вертикальные несущие опоры из металлических свай через массивы намороженного льда, и поэтому количество рядов свай, сечение свай, глубина погружения в грунты основания и величина диаметра намораживания должны быть рассчитаны на эту нагрузку.

Искусственное замораживание воды и грунта вокруг опор осуществляют замораживающими устройствами двух типов: сезоннодействующими, работающими в холодный период года с использованием естественного холода и с помощью системы принудительного замораживания, представляющими собой замкнутый контур из полиэтиленовых трубок, соединенный с компрессорными установками. Полиэтиленовые трубки вмонтированы в металлические трубы, которые устанавливают в металлические сваи. Внутрисвайное пространство цементируют. Под действием компрессорных установок по полиэтиленовым трубкам движется жидкий хладагент с низкой (до минус 15…20 С°) температурой. В результате теплообмена с окружающими водной и грунтовой средами происходит намораживание вокруг свай монолитных цилиндров - опор большого диаметра, ледогрунтовых в основании и ледовых в воде, которые, смыкаясь в межсвайном пространстве, формируют сплошную защитную противоударную и противофильтрационную стену. Температура хладагента задается в соответствии с требуемыми параметрами защитной стены.

В надводной части между сваями устраивают горизонтальные и вертикальные связи, исключающие их горизонтальные смещения при ледовых и ветровых нагрузках.

Высоту металлических свай над уровнем моря выбирают из условия максимально возможных перемещений ледовых образований и волн относительно участка строительства, и она составляет не менее суммы толщины ледовых образований и, по крайней мере, равна удвоенной высоте расчетной волны акватории.

Кроме того, с целью сокращения объема металлоконструкций в надводной части ледовую стену, при необходимости, достраивают над поверхностью воды на расчетную высоту, подавая воду набрызгом.

Сплошную защитную противоударную и противофильтрационную стену выполняют со свободным проемом, который после установки добывающей платформы плавучего типа в проектное положение замыкают частично или полностью.

После завершения эксплуатации скважины добывающую платформу транспортируют на новую точку.

Достигаемый технический результат предложенного решения позволяет: создать устойчивую защитную противоударную и противофильтрационную стену, регулируемую по размеру, эксплуатационной температуре и прочности в зависимости от ледовых и грунтовых условий; уменьшить силу воздействия на стену волн и движущегося льда в связи с образованием прочного припайного льда в результате применения искусственного замораживания; учитывая эффективность замораживания заглублять опоры из металлических свай только в слабые рыхлые донные отложения, если это подтверждено соответствующими прогнозными теплотехническими, прочностными и деформационными расчетам.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показана схема защитной противоударной и противофильтрационной стены (вид сверху);

на фиг.2 изображен фрагмент А на фиг.1;

на фиг.3 показаны конструкция и крепление свай в надводной части.

Заявленный способ инженерной защиты добывающей платформы плавучего типа от ледовых воздействий в условиях арктического шельфа может быть осуществлен следующим образом.

До установки добывающей платформы 3 в проектное положение (над скважиной) и ее монтажа с плавучей платформы меньших размеров (на чертеже не показана), оснащенной оборудованием для забивки свай и компрессорной установкой для системы охлаждения, по периметру платформы 3 с зазором устанавливают, по меньшей мере, один ряд опор из металлических свай 4 круглого сечения, ограждающих водное пространство 2. Металлические сваи 4 заглубляют в неустойчивые донные отложения 7 или в коренные породы 8. В сваи 4 устанавливают замораживающие устройства 6. Внутрисвайное пространство цементируют. После окончания монтажа замораживающие устройства 6 включают в работу, и они намораживают вокруг свай монолитные цилиндры 5 - опоры большого диаметра, льдогрунтовые - в основании и ледяные - в воде, которые, смыкаясь с соседними цилиндрами, формируют по периметру платформы сплошную ледогрунтовую в основании и ледовую в воде защитную противоударную и противофильтрационную стену 1.

Искусственное замораживание воды и грунта вокруг свай 4 осуществляют вмонтированными в сваи 4 охлаждающими устройствами двух типов: сезоннодействующими (на чертеже не показаны), работающими в холодный период года с использованием естественного холода и с помощью системы принудительного замораживания, представляющей собой замкнутый контур из полиэтиленовых трубок 6, соединенный с компрессорными установками (на чертеже не показаны). Полиэтиленовые трубки 6 вмонтированы в металлические трубы (на чертеже не показаны), которые устанавливают в металлические сваи 4. Под действием компрессорных установок по полиэтиленовым трубкам 6 движется жидкий хладагент с низкой (до минус 15…20 С°) температурой. В результате теплообмена с окружающей водной и грунтовой средами происходит намораживание вокруг свай монолитных цилиндров 5 - опор большого диаметра, льдогрунтовых в основании и ледовых в воде, которые, смыкаясь в межсвайном пространстве, формируют сплошную защитную противоударную и противофильтрационную стену 1. Температура хладагента задается в соответствии с требуемыми параметрами защитной стены.

В надводной части между сваями 4 устраивают горизонтальные и вертикальные связи 9, исключающие горизонтальные смещения свай при ледовых и ветровых нагрузках.

Высоту металлических свай 4 над уровнем моря выбирают из условия максимально возможных перемещений ледовых образований и волн относительно участка строительства, и она составляет не менее суммы толщины ледовых образований и, по крайней мере, равна удвоенной высоте расчетной волны акватории.

Кроме того, с целью сокращения объема металлоконструкций 9 в надводной части ледовую стену, при необходимости, достраивают над поверхностью воды на расчетную высоту, подавая воду набрызгом (на чертеже не показана).

Сплошную защитную противоударную и противофильтрационную стену 1 выполняют со свободным проемом (фиг.1), который после установки добывающей платформы плавучего типа 3 в проектное положение замыкают частично или полностью.

После завершения эксплуатации скважины добывающую платформу плавучего типа 3 транспортируют на новую точку.

В предлагаемом техническом решении использованы природно-климатические условия Арктического Севера - низкие температуры воды и наружного воздуха, а также достаточно высокие значения прочностных характеристик массивов искусственно намороженного льда и ледогрунта.

1. Способ инженерной защиты добывающей платформы плавучего типа от ледовых воздействий в условиях арктического шельфа, включающий устройство по периметру платформы защитной ограждающей конструкции, отличающийся тем, что до установки платформы в проектное положение по периметру платформы с зазором устанавливают, по меньшей мере, один ряд опор из металлических свай круглого сечения, заглубленных, при необходимости, в коренные породы; в сваи монтируют охлаждающие устройства и производят искусственное замораживание грунта и воды вокруг свай, причем образующиеся вокруг свай монолитные цилиндры - льдогрунтовые в основании и ледовые в воде, должны смыкаться в межсвайном пространстве со смежными цилиндрами, образуя сплошную ледогрунтовую в основании и ледовую в воде защитную противоударную и противофильтрационную стену.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замораживание воды и грунта осуществляют с помощью системы принудительного замораживания, включающей замкнутый контур из полиэтиленовых трубок, вмонтированных в металлические трубы, которые устанавливают в металлические сваи, и компрессорные установки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственное замораживание воды и грунта осуществляют сезоннодействующими охлаждающими устройствами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения дополнительной жесткости защитной противоударной и противофильтрационной стены в надводной части между сваями выполнены горизонтальные и вертикальные связи.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью сокращения объема металлоконструкций в надводной части защитную противоударную и противофильтрационную стену достраивают над поверхностью воды на расчетную высоту, подавая воду набрызгом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитную противоударную и противофильтрационную стену выполняют со свободным проемом, который после установки добывающей платформы плавучего типа в проектное положение замыкают.