ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ
FLOATING PLATFORM AND METHOD OF ITS CONTROL

Настоящее изобретение относится к плавучим платформам и, более конкретно, к плавучим платформам, используемым для работы в открытом море.
Для бурения на углеводороды, производства и хранения произведенных углеводородов в море и для других применений применяется широкий диапазон идей. Одна из идей заключается в использовании плавучей установки, которая может быть судном, полупогружной или плавучей платформой. В публикации патента NO 319971 описана морская платформа для бурения на углеводороды или для производства углеводородов. Дополнительно описана платформа, спроектированная в форме вертикального, в основном, плоскодонного цилиндра, отличающаяся тем, что корпус платформы в нижней части цилиндра оснащен, по меньшей мере, одним периферийным круглым вырезом, образованным кольцевым элементом под вырезом, и тем, что диаметр корпуса платформы значительно превосходит ее осадку, и центр плавучести погруженной части платформы находится ниже, чем центр тяжести платформы. Такая конструкция показала наличие преимущественно большой емкости как для хранения нефти, так и для грузов на палубе. К тому же, стоимость конструкции является низкой, период сборки является коротким и достигается большая гибкость для разных применений. Такая платформа может быть позиционирована посредством постановки на рассредоточенные якоря, и турель или вертлюг не нужны для удерживания стояков/шлангов и якорных канатов. Круглое или, в основном, скругленное поперечное сечение является полезным потому, что вращение в зависимости от погодных условий не является необходимым, и было показано, что перемещение и нагрузки на платформу являются неожиданно малыми по сравнению с другими типами плавучих установок. Таким образом, уровни растяжения и натяжения являются ограниченными. Форма корпуса обеспечивает компактную конструкцию, которая способствует тому, что нагрузки от волн имеют только ограниченную степень влияния на силы натяжения и растяжения.
Тем не менее, существует необходимость в дополнительно улучшенной версии такой плавучей платформы, в особенности, платформы, которая является особенно подходящей для использования в водах, содержащих лед, в дополнение к другим водам.
Упомянутая выше необходимость удовлетворяется посредством настоящего изобретения, в котором разработана плавучая платформа для бурения, производства, хранения или других применений, особенно подходящая для вод, содержащих лед, причем упомянутая платформа содержит
корпус с наружными боковыми стенками, который, в основном, расположен вращательно симметрично вокруг вертикальной центральной оси платформы и в нижней части закрыт днищем,
палубу на верхнем конце корпуса, удобно оснащенную согласно предполагаемому использованию,
причем осадка платформы является значительно меньшей, чем диаметр платформы, и центр плавучести платформы для погруженной части находится ниже, чем центр тяжести платформы.
Платформа согласно изобретению отличается тем, что
в основном, симметричная наружная сторона корпуса включает в себя, по меньшей мере, три секции, считаемые от верхнего конца корпуса:
секцию уровня воды, имеющую диаметр, уменьшающийся в направлении вниз вдоль центральной оси, причем во время работы в водах, содержащих лед, уровень воды моря расположен в упомянутой секции уровня воды,
промежуточную секцию, имеющую форму цилиндра, и
нижнюю секцию, имеющую диаметр, увеличивающийся в направлении вниз вдоль центральной оси.
Поскольку корпус является, в основном, симметричным вокруг вертикальной центральной оси платформы, из этого следует, что корпус имеет круглую форму, образованную боковой стенкой. Это значит, что наружная боковая стенка многоугольной формы, такая как сборка из множества соединенных плоских листов вдоль периферии, должна быть образована, в основном, симметрично вокруг центральной оси.
Во время работы в водах, не содержащих лед, отношение между осадкой платформы и диаметром у уровня воды предпочтительно составляет 0,2-0,3, причем уровень воды может находиться у промежуточной части корпуса. При работе в водах, содержащих лед, отношение между осадкой платформы и диаметром у уровня воды предпочтительно составляет, примерно, 0,3-0,4. Как правило, предпочтительным отношением является, примерно, 0,3.
Секция уровня воды предпочтительно имеет наклон вовнутрь в направлении вниз под углом, примерно, 45°, что считается преимущественным по отношению к ломке льда и к преобладающим силам. Наклон нижней секции предпочтительно составляет, примерно, 45° вовне, при рассмотрении в направлении вниз, что считается преимущественным по отношению к перемещению льда радиально от платформы. Нижняя секция способствует приданию льду перемещения, предотвращающего его попадание под корпус. Тем не менее, могут быть применимы другие наклоны. Переход между секциями может быть острым или плавным, так что форма может иметь сходство с песочными часами или внутренней частью лежащей буквы U. Обычными размерами секций являются высота секции уровня воды, равная 10-15 м, высота промежуточной секции, равная 5-15 м, и высота нижней секции, равная 2-4 м. Размеры секций могут выходить за пределы, упомянутые выше, и зависят от толщины льда и других ожидаемых условий льда в запланированной области работы, а так же от размера и осадки платформы.
Для использования в качестве устройства производства и хранения платформа предпочтительно содержит простирающийся вниз съемный элемент (соединительный элемент) с присущей ему плавучестью, расположенный соосно с вертикальной центральной осью платформы и убранный от нижнего края стенок наружной стороны для присоединения и/или пропускания якорных канатов, цепей, стояков и/или кабелей. Такой съемный элемент является предпочтительным для вод, содержащих лед, так как стояки, шланги, кабели, якорные канаты и цепи оттянуты от периметра и, таким образом, защищены от льда, и незащищенная область соединения оттянута вниз на некоторое расстояние под днище платформы. Любой лед, попадающий под платформу, должен быть перемещен на довольно большое расстояние вовнутрь к центру платформы, чтобы достичь области соединения, так что лед, вероятно, должен быть поднят к днищу платформы и не задевает каких либо стояков, якорных канатов и тому подобного. В случае прибытия большого айсберга соединительный элемент может быть отсоединен; после чего он погрузится на безопасную глубину, определенную равновесием между плавучестью соединительного элемента и весом присоединенных устройств. Съемный соединительный элемент простирается, по меньшей мере, на 10 м под днищем платформы перед встречей с областью для присоединения/пропускания стояков.
Для некоторых применений платформы, в особенности, в глубоких водах, постановка на якорь не является необходимой, и для некоторых применений не является необходимым соединительный элемент. Для некоторых применений, например, во время бурения в глубоких водах, для позиционирования плавучей платформы может быть использовано динамическое позиционирование.
Совместно с настоящим изобретением также разработан способ работы в водах, содержащих лед, плавучей платформы согласно настоящему изобретению, отличающийся тем, что платформа нагружается балластом так, чтобы уровень воды был расположен в секции уровня воды посредством работы встроенных устройств для балластировки.
Всесторонние испытания плавучей платформы согласно изобретению в различных масштабах и при широких диапазонах условий показали неожиданно положительные результаты.
Настоящее изобретения, а также его преимущества проиллюстрированы посредством четырех чертежей, на которых:
На фиг.1 изображена плавучая платформа согласно изобретению,
на фиг.2, 3 и 4 изображена сравнимая информация между круглыми вертикальными платформами Sevan, одним из типов которых является настоящая платформа, полупогружной платформой и судном, соответственно, причем
на фиг.2 изображена информация для перемещения вертикальной качки,
на фиг.3 изображена информация для перемещения килевой качки, и
на фиг.4 изображена информация для перемещения бортовой качки.
На фиг.1 изображен вид сбоку плавучей платформы согласно настоящему изобретению. Более подробно, изображена плавучая платформа 1, содержащая корпус 2, который, в основном, является симметричным вокруг центральной оси платформы и в нижней части закрыт днищем 3. На верхнем конце корпуса изображена палуба 4, оснащенная согласно предполагаемому использованию. Из чертежа понятно, что осадка платформы является значительно меньшей, чем диаметр платформы. Не таким очевидным является то, что центр плавучести погруженной части платформы находится ниже, чем центр тяжести платформы. Легко заметить, что вращательно симметричная наружная сторона корпуса 2 включает в себя, по меньшей мере, три секции, считаемые от верхнего конца корпуса, а именно:
секцию 5 уровня воды, имеющую диаметр, уменьшающийся в направлении вниз вдоль центральной оси, причем во время работы в водах, содержащих лед, уровень воды моря расположен в этой секции уровня воды,
промежуточную секцию 6, имеющую форму цилиндра, и
нижнюю секцию 7, имеющую диаметр, увеличивающийся в направлении вниз вдоль центральной оси.
В направлении вниз секция уровня воды наклоняется вовнутрь к центральной оси под углом, примерно, 45°, тогда как нижняя секция наклоняется наружу под углом, примерно, 45°. Отношение между осадкой и диаметром платформы у уровня воды составляет, примерно, 0,3. Дополнительно проиллюстрирован простирающийся вниз съемный элемент (соединительный элемент) 8, расположенный соосно с вертикальной центральной осью платформы и убранный так, чтобы он был расположен далеко от нижнего края наружных боковых стенок корпуса. Соединительный элемент 8 предназначен для присоединения стояков, якорных канатов/цепей, шлангов, кабелей и тому подобного, по мере надобности. Область для соединения стояков находится, по меньшей мере, на 10 м ниже, чем днище платформы, что является полезным в водах, содержащих лед.
Во время работы в водах, содержащих лед, платформа нагружается балластом так, чтобы уровень воды находился у секции уровня воды. К тому же, полезным считается расположение уровня воды таким образом, чтобы верхний край уровня соответствовал верхней части секции уровня воды. Во время работы в водах, не содержащих лед, нагружение балластом может быть таким, чтобы уровень воды находился в промежуточной секции 6, имеющей форму цилиндра, по причине того, что форма цилиндра с вертикальными сторонами у уровня воды придает платформе меньше перемещений.
Плавучая платформа может иметь множество применений и легко оснащается как на палубе, так и внутри согласно предполагаемому использованию. К тому же, платформа может быть использована, как плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки (FPSO (Floating Production Storage Offloading)), плавучая установка нефтедобычи (FPU (Floating Production Unit)), мобильная морская буровая установка (MODU (Mobile Offshore Drilling Unit)), многоцелевое вспомогательное судно (MSV (Multipurpose Support Vessel)), плавучая система производства сжиженного природного газа (FLNG (Floating Liquified Natural Gas Production)), Газ По Проводам (GTW (Gas Through Wire)), то есть, морская электростанция, плавучая система бурения, нефтедобычи, хранения и выгрузки (FDPSO (Floating Drilling Production Storage Offloading)), плавучий жилой блок (FAU (Floating Accomodation Unit)), то есть, жилое помещение, или для других применений.
Общеизвестные преимущества конструкции платформы в отношении перемещения в турбулентных водах проиллюстрированы на фиг.2, 3 и 4. На фиг.2 изображены кривые перемещений вертикальной качки для неподвижных платформ с вращательной симметрией (Sevan) и полупогружных платформ и судов при встречных волнах и при боковых волнах, соответсвенно. На фиг.3 изображена килевая качка при таких же условиях для платформы Sevan, полупогружной платформы при встречных волнах и для судна при встречных волнах, и очевидно, что конструкция Sevan в целом является полезной при множестве условий эксплуатации. На фиг.4 изображена бортовая качка таких же плавучих установок при соответствующих условиях, и очевидно, что конструкция Sevan обладает очень полезными свойствами, к которым близка полупогружная установка, тогда как судно имеет сравнительно значительно большую бортовую качку.
По причине сильно ограниченной емкости хранения и грузоподъемности, а так же малой применимости в водах, содержащих лед, полупогружные платформы не могут быть сравнимы с настоящей плавучей платформой, так как функциональность является недостаточной.
Как было упомянуто, при всесторонних испытаниях было обнаружено, что свойства плавучей платформы согласно изобретению являются неожиданно полезными в водах, содержащих лед. Были проведены дополнительные испытания, в которых лед двигался к модели платформы в масштабе 1:40. В водах, содержащих лед, как было упомянуто, обязательным является то, что уровень воды находится у секции уровня воды, что означает, что лед, естественно, будет обломан в направлении вниз к корпусу. В это же время корпус будет подвержен действию силы, которая имеет составляющую в направлении вверх. Чтобы не ограничиваться какими либо теориями, предполагается, что поступающий лед прилагает силу к платформе и скапливается у платформы так, что платформа немного поднимается со стороны, обращенной к движущему льду (к наветренной стороне) до тех пор, пока момент, обусловленный плавучестью платформы, не станет сильнее, чем момент, приложенный льдом. Таким образом, платформа трясется или качается вокруг горизонтальной оси, но конструкция платформы влечет за собой то, что посредством тряски платформы момент, обусловленный плавучестью, увеличивается значительно быстрее, чем момент, прилагаемый льдом, что влечет за собой очень умеренное перемещение, и этот эффект считается особенно ярко выраженным при уровне воды, находящемся в секции уровня воды. Когда у стороны секции уровня воды скопится некоторое количество льда, будет достигнут баланс сил, но присущая платформе способность корректировать момент, обусловленный плавучестью, будет значительно изменена посредством значительного перемещения центра плавучести в сторону (расстояние между центром тяжести и центром плавучести увеличивается), что повлечет за собой наклон/вращение платформы обратно к начальному положению, в то время как лед будет надломан и отклонен в направлении вниз. Перемещение потока воды и перемещение платформы направляют лед вниз вдоль промежуточной секции, после чего лед направляется потоком воды далее вниз вдоль нижней секции и отклоняется в направлении от центральной оси вдоль наружной поверхности нижней секции. Этот лед загибается/ломается, направляется вниз и направляется в обратном направлении против направления движущего льда, после чего лед снова всплывает в виде меньших осколков и направляется вокруг платформы посредством увеличенной скорости потока воды рядом со стенкой платформы. Лед очень эффективно ломается и эффективно перемещается вокруг платформы, не причиняя какого-либо ущерба. Умеренные перемещения тряски платформы способствуют уменьшению трения между осколками льда и платформой, тем, что создается поток воды, направленный радиально вовне, когда платформа качается обратно. Перемещение качки или перемещение вертикальной качки, по-видимому, адаптируется к собственной частоте. Скорость потока воды вокруг платформы выше, чем в окружающей воде, так как вода должна следовать по траектории вокруг платформы. Это способствует перемещению осколков льда на «водяной подушке» вокруг платформы. Тем не менее, поток воды, попадающий в платформу, также может быть разделен на поток, проходящий под платформой, особенно, в случае большой платформы, так как это означает более короткий или простой путь для потока, чем весь путь вокруг платформы. Это может привести к попаданию осколков льда под платформу, что является нежелательным, но форма нижней секции оказалась эффективной для предотвращения попадания льда под платформу, как упомянуто выше, в дополнение к способствованию улучшенному эффекту «водяной подушки».
Поведение платформы в условиях присутствия льда было измерено и заснято на кинопленку, что подтверждает то, что она, как правило, имеет перемещение вертикальной качки, не превышающее 6° даже при условии наличия столетнего льда в течение первого года в Арктике и очень малые ускорения во всех степенях свободы. Следует упомянуть, что другие идеи плавучих платформ показали наличие больших недопустимых перемещений при таких же нагрузках льда в форме «скачкообразных» перемещений иногда с большими ускорениями. Как перемещения, так и количество льда, скапливающегося у настоящей платформы очень малы, следовательно, «скачкообразные» перемещения и большие ускорения почти отсутствуют.
Платформа предпочтительно оснащена силовой установкой для работы при сборке, причем эта силовая установка предпочтительно также выполнена с возможностью использования для обмывания винтом в области вокруг нижней секции с действием в направлении поверхности у стороны ветрового щита и вовне в направлении сторон.