ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАТФОРМА
ICE-RESISTANT PLATFORM

Изобретение относится к области судостроения и касается создания ледостойких гравитационных платформ, предназначенных для проведения бурильных работ и добычи углеводородов на шельфе замерзающих морей.
Известен Варандейский нефтяной отгрузочный терминал, установленный в Баренцевом море. Терминал имеет усеченную коническую форму с вершиной, направленной вверх, и многогранной поверхностью.
Недостатком известного является повышенный уровень действующей на него ледовой нагрузки, обусловленный ориентацией конуса. Известно, что ледовая нагрузка на конуса, вершина которых направлена вверх, существенно больше, чем на конуса с вершиной, направленной вниз.
Известна также плавучая ледостойкая платформа с якорной системой удержания типа SPAR, принятая за прототип (Сазонов К.Е., Кайтанов Ю.С., Клементьева Н.Ю. Сравнительный анализ характеристик различных вариантов морской технологической платформы для ШГКМ на основе результатов модельных экспериментов / Труды 9 Межд. конф. и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ, СПб., 2009, т.1, с.160-164). Среди элементов формы корпуса платформы имеются два усеченных конуса примерно равных диаметров, вершина одного из которых направлена вверх, а другого - вниз, а также цилиндрическая вставка между ними. Особенностью такой платформы является большая осадка более 150 м.
Недостатком прототипа является невозможность ее использования на мелководных участках шельфа замерзающих морей из-за наличия якорной системы удержания и большой осадки.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания ледостойкой платформы гравитационного типа для эксплуатации на мелководных участках замерзающего шельфа с глубинами от 10 до 40 м, которая имеет пониженный уровень ледовой нагрузки, что, как следствие, позволяет снизить вес балласта, принимаемого для обеспечения устойчивости платформы на грунте.
Для этого ледостойкая платформа выполнена в виде гравитационной платформы, у которой суммарная высота верхней усеченной конической части и цилиндрической части составляет не более
где
- средняя глубина киля тороса в месте расположения платформы, при этом нижний усеченный конус с вершиной имеет высоту, равную разности между глубиной водоема в месте установки платформы и средней глубиной киля тороса, кроме этого, угол α между образующей нижнего конуса платформы к вертикали составляет не менее, чем определяемый из соотношения:
<mrow><mi>α</mi><mo>≥</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>g</mi><mi>M</mi></mrow><mrow><mi>n</mi><msub><mi>F</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
, но не менее 45°,
пред
где n - коэффициент запаса, F - предельная сдвигающая платформу нагрузка, g - ускорение свободного падения; M - масса платформы, состоящая из полезной массы и массы принятого балласта.
Суммарная длина верхней усеченной конической части с вершиной, направленной вниз, и цилиндрической части выбирают не более
где
- средняя глубина киля тороса в месте расположения платформы для того, чтобы наиболее часто встречающиеся ледяные образования гарантированно взаимодействовали только с конусом, вершина которого направлена вниз, и цилиндрической частью платформы. Использование такого конуса позволит существенно снизить уровень ледовой нагрузки из-за различия в процессах поворота обломков льда. В случае конуса, сужающегося вверх, на него воздействуют силы тяжести обломков. В случае конуса, сужающегося вниз, на него воздействуют силы плавучести обломков, которые в 8-9 раз меньше (Лосет С., Шхинек К.Н., Гудместад О., Хойланд К. Воздействие льда на морские и береговые сооружения. СПб.: «Лань», 2010, 272 с.).
Увеличение средней глубины киля на множитель 1,1 учитывает возможность увеличения глубины киля тороса во время взаимодействия с платформой (Алексеев Ю.Н. и др. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа. СПб., Гидрометеоиздат, 2001, 360 с.).
<mrow><mi>α</mi><mo>≥</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>g</mi><mi>M</mi></mrow><mrow><mi>n</mi><msub><mi>F</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Выбор угла α между образующей и осью нижнего конуса с помощью неравенства:
, обусловлен тем, чтобы обеспечить как минимум одинаковое приращение сдвигающей платформу силы и удерживающей ее на месте в случае, когда на платформу подействует торос, киль которого превышает средние размеры. Такой торос будет обязательно взаимодействовать с нижним конусом. Пусть глобальная ледовая нагрузка на нижний конус будет равна F, тогда равновесие платформы будет обеспечено, когда возникающая при этом взаимодействии прижимающая платформу сила P будет равна:
пред
P=Ftgα,
где α - угол между образующей нижнего конуса к вертикали.
Подставляя одну формулу в другую, получим сформулированное выше требование к величине угла α. Очевидно, что при любых результатах расчетов этот угол не может быть меньше 45°, т.к. в этом случае горизонтальная нагрузка будет превышать вертикальную.
Тогда при выполнении указанных требований при взаимодействии платформы с более крупным и редким торосом, глубина киля которого превышает среднее для выбранной акватории значение, устойчивость платформы на грунте будет выполняться самопроизвольно. Поэтому расчет устойчивости на грунте такой платформы необходимо вести только на действие тороса, имеющего среднюю глубину киля. Это обстоятельство обеспечивает минимизацию балласта, необходимого для обеспечения устойчивости платформы.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана ледостойкая платформа, на фиг.2 - процесс взаимодействия платформы с небольшим торосом, а на фиг.3 - процесс взаимодействия платформы с крупным торосом.
Ледостойкая платформа 1 содержит верхнюю усеченную коническую часть, сужающуюся вниз 2, цилиндрическую часть 3 и нижнюю усеченную коническую часть, сужающуюся вверх 4. Поверхность верхнего конуса 2 пересекает поверхность воды 5 и взаимодействует с ледяным покровом 6 и торосами 7. Нижний конус 4 установлен на дне водоема 8.
Предлагаемая ледостойкая платформа работает следующим образом.
При надвигания ледяного покрова 6, содержащего небольшой торос 7, глубина киля 9 которого не превышает
(фиг.2), на ледостойкую платформу 1, киль тороса по всей его глубине, определенной с учетом его увеличения 10 в момент взаимодействия с платформой, оказывает ледовое давление только на верхнюю коническую 2 и цилиндрическую части 3 платформы.
При надвигания ледяного покрова 6, содержащего большой торос 7, глубина киля 9 которого превышает
(фиг.3), на ледостойкую платформу 1, киль тороса начинает оказывать ледовое давление не только на верхнюю коническую 2 и цилиндрическую 3 части платформы 1, но и на нижнюю коническую часть 4. При этом угол α между образующей и осью нижнего конуса выбран таким образом, чтобы возникающее при этом прижимающее усилие P с гарантией компенсировало бы возникающее горизонтальное усилие F, обеспечивая устойчивость сооружения на дне водоема 8.
Предлагаемая ледостойкая платформа обеспечивает устойчивость ее положения на грунте при действии глобальной ледовой нагрузки за счет ее минимизации и увеличения прижимающего платформу усилия при воздействии на ней крупных торосов.