ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА ТИПА "SPAR" ДЛЯ УСЛОВИЙ ПОТОКА ПЛАВУЧЕГО ЛЬДА
''SPAR''-TYPE OFFSHORE PLATFORM FOR FLOE FLOWS CONDITIONS

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, в общем, относится к судам для добычи нефти и газа, выполненным в виде плавучих платформ, и, в частности, к глубоководным судам типа “SPAR” для условий потока плавучего льда.
Известно, что арктические районы мира содержат существенные запасы углеводородов (нефти и природного газа) и в ближайшем будущем, вероятно, будет происходить добыча этих запасов. Некоторые из этих запасов углеводородов находятся глубоко под водой, но в настоящее время отсутствует проверенная плавучая система для добычи нефти и природного газа, залегающих глубоко под водой в районах, где обычно имеют место условия потока плавучего льда.
Условия наличия айсбергов и потока плавучего льда, имеющие место в арктических районах, создают значительные препятствия проведению глубоководных буровых операций. Поток плавучего льда из ледяных пластов вызван силами, создаваемыми окружающей средой, например течением воды и ветром, действующими на лед. Буровая платформа может получить серьезные повреждения, если будет допущен сильный удар по ней с разрушительной силой, обусловленной состоянием потока плавучего льда, либо если она будет подвержена столкновению с айсбергом.
Буровая платформа, не пригодная для работы в условиях потока плавучего льда, должна быть отведена в безопасные воды, пока не произойдет достаточное таяние льда. Много рабочих часов, а также часов добычи теряют в течение отвода буровой платформы при суровых условиях потока плавучего льда или при приближении айсберга.
Существуют предшествующие системы, которые плавят или разрушают поток плавучего льда, когда он приближается к буровой платформе. Другие предложенные системы представляют собой конструкции, которые обладают физической способностью противостояния разрушительным силам потока плавучего льда. Существуют и иные системы, в которых используют конструкции, лишь изменяющие направление потока плавучего льда. Эти системы обычно имеют высокую стоимость и/или плохо пригодны для использования. Кроме того, в этих системах не обеспечены эффективные средства для отвода буровой платформы при надвигающейся угрозе столкновения с айсбергом.
Среди некоторых характерных типов плавучих платформ для разработки подводных запасов углеводородов платформа типа “SPAR” является наиболее многообещающей применительно к арктическим условиям, поскольку она занимает меньшую площадь поверхности воды, чем другие конструкции, и таким образом имеет меньший участок корпуса, подвергаемый воздействию потоков плавучего льда. Тем не менее, платформы типа “SPAR” все же могут быть подвержены повреждению потоками плавучего льда и разрушению айсбергами и, следовательно, в их имеющемся состоянии согласно известному уровню техники неприемлемы для использования в тех районах, где преобладают такие явления.
Следовательно, существует необходимость в создании системы с буровой платформой, которая может быть быстро и эффективно временно перемещена, чтобы избежать угрозы столкновения с айсбергом, и которая может быть быстро и легко восстановлена в первоначальное рабочее положение, после того как минует возможная опасность. Также предпочтительно создать такую платформу, которая была бы способна противостоять условиям потока плавучего льда.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общих чертах настоящее изобретение представляет собой платформу типа “SPAR”, которая содержит удлиненный плавучий корпус, удерживающий палубу и проходящий по вертикали от палубы до киля, при этом корпус имеет расположенную по центру осевую шахту, проходящую по его длине, и цилиндрический участок с уменьшенным диаметром в виде горловины ниже нижней ватерлинии или ватерлинии «потока плавучего льда», опорный буй трубопроводов, расположенный в донной части центральной шахты у киля корпуса, один или более трубопроводы, проходящие через центральную шахту, при этом каждый из трубопроводов имеет верхнюю часть, проходящую от палубы к верхней части опорного буя, и нижнюю часть, удерживаемую в опорном буе, разъединительную систему, с возможностью отсоединения соединяющую опорный буй трубопроводов с корпусом и верхнюю часть каждого трубопровода с его нижней частью, при этом корпус и верхняя часть каждого трубопровода могут быть избирательно отсоединены от буя и нижней части каждого трубопровода, чтобы избежать столкновения с плавучим объектом, например с айсбергом, причем корпус и верхняя часть каждого трубопровода могут быть повторно соединены с буем и с нижней частью каждого трубопровода, после того как минует опасность столкновения.
Точнее, корпус содержит верхний цилиндрический участок, прикрепленный к палубе и соединенный с участком уменьшенного диаметра в виде горловины посредством верхнего сужающегося участка. Верхняя ватерлиния или ватерлиния «при отсутствии льда» определена вокруг верхнего цилиндрического участка корпуса, в то время как нижняя ватерлиния или ватерлиния «потока плавучего льда» определена вокруг верхнего сужающегося участка корпуса. Центральную шахту окружает большое количество регулируемых резервуаров или резервуаров для «мягкого» балласта, в которые избирательно и регулируемым способом может быть введена и из которых может быть выведена морская вода посредством принудительно подаваемого воздуха, чтобы обеспечить регулируемый балласт для корпуса. В нормальных условиях (при отсутствии льда) корпус будет опущен посредством балласта до верхней ватерлинии или ватерлинии «при отсутствии льда», при этом участок в виде горловины, имеющий уменьшенный диаметр, будет полностью погружен. В случае возникновения условий потока плавучего льда балласт уменьшают, так что корпус будет слегка приподнят к нижней ватерлинии или ватерлинии «потока плавучего льда», приводя при этом участок в виде горловины, имеющий уменьшенный диаметр, ближе к поверхности, чтобы уменьшить площадь корпуса, подвергаемую воздействию потоков льда.
Каждый трубопровод узла трубопроводов включает в себя верхнюю часть, которая проходит через центральную шахту и с возможностью отсоединения может быть подсоединена у опорного буя к нижней части трубопровода, которая проходит через опорный буй трубопроводов к морскому дну. В предпочтительном варианте осуществления конструкции система отсоединения содержит дистанционно приводимый в действие соединитель трубопроводов, который с возможностью разъединения соединяет верхнюю часть каждого трубопровода с его нижней частью, защелкивающийся механизм, который может действовать дистанционно для крепления буя к килю корпуса с возможностью разъединения, и механизм опускания буя, содержащий большое количество цепей или тросов буя, каждый из которых с возможностью отсоединения подсоединен к бую и намотан на лебедку, установленную на палубе, которая может быть избирательно приведена в действие для опускания буя, когда соединитель (соединители) трубопроводов и защелкивающийся механизм разъединены, и для подъема буя назад к килю, когда желательно вновь подсоединить буй к килю.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения большое количество швартовов заходит в корпус ниже участка в виде горловины, имеющего уменьшенный диаметр, и при входе в корпус им будет придана фактически вертикальная ориентация посредством изгибающих башмаков, установленных в корпусе. Швартовы проходят вверх через корпус к устройствам для застопоривания цепей, расположенным над участком в виде горловины, которые воспринимают вертикальные силы, действующие на швартовы. В верхней части корпуса швартовы проходят поверх ряда шкивов, которые переориентируют швартовы к натяжным брашпилям.
При использовании платформы, когда желательно отвести ее с пути прохождения айсберга, соединитель (соединители) трубопроводов и защелкивающийся механизм соответствующим образом приводят в действие, чтобы отсоединить верхнюю часть каждого трубопровода от его нижней части, и так, чтобы отсоединить буй от киля. Приводят в действие лебедки, чтобы опустить буй от киля, а затем цепи или тросы отсоединяют от буя и возвращают на лебедки. Таким образом будет завершено отделение корпуса от буя, при этом последний будет зафиксирован на своем месте посредством соединения между нижней частью каждого трубопровода и морским дном. Наконец, швартовы отсоединяют непосредственно ниже устройств, служащих для застопоривания цепей, обеспечивая возможность перемещения корпуса и палубы платформы (посредством буксирования либо самостоятельного движения) с пути, на котором возможно повреждение. После прохода айсберга корпус и палуба будут перемещены для установки над буем, при этом швартовы возвращают и крепят к корпусу, цепи или тросы крепят к бую и посредством использования лебедок буй перемещают вверх в центральную шахту у киля корпуса. Наконец, приводят в действие защелкивающийся механизм, чтобы прикрепить буй к корпусу, при этом верхнюю и нижнюю части каждого трубопровода соединяют друг с другом с помощью соединителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фигуре 1 представлен боковой вид по высоте платформы типа “SPAR”, выполненной согласно настоящему изобретению.
На фигуре 2А представлен вид в поперечном сечении платформы согласно фигуре 1 по линии 2А-2А на фигуре 1.
На фигуре 2В представлен вид в поперечном сечении платформы согласно фигуре 1 по линии 2В-2В на фигуре 1.
На фигуре 3 представлен вид в поперечном сечении по линии 3-3 на фигуре 2А.
На фигуре 4 представлен вид в плане снизу платформы согласно фигуре 1 по линии 4-4 на фигуре 2В.
На фигуре 5 представлен боковой вид по высоте платформы типа “SPAR” согласно настоящему изобретению, показывающий опорный буй трубопроводов согласно настоящему изобретению, опускающийся от корпуса платформы.
На фигуре 6 представлен боковой вид по высоте, причем частично в сечении, платформы типа “SPAR”, показывающий опорный буй трубопроводов, опускающийся от корпуса.
На фигуре 7 представлен боковой вид по высоте платформы типа “SPAR” согласно настоящему изобретению, показывающий опорный буй трубопроводов согласно настоящему изобретению после отделения от корпуса платформы.
На фигуре 8 представлен боковой вид по высоте платформы типа “SPAR”, показывающий опорный буй трубопроводов после отделения от корпуса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вначале обратимся к фигурам 1, 2А, 2В, 3 и 4, на которых показана платформа 10 типа “SPAR”, выполненная согласно настоящему изобретению. Платформа 10 включает в себя палубу 12 и корпус 14. Корпус 14 включает в себя один или более жесткие резервуары 16, один или более юбочные резервуары 18 и балластируемый киль или килевой резервуар 20. Как характерно для платформ типа “SPAR”, платформа 10 обеспечена механизмом (не показан) для избирательного заполнения юбочного резервуара или резервуаров 18 балластом в виде морской воды и их опорожнения в целях, которые описаны ниже. Корпус 14 образует осевую центральную шахту 22, ниже описанную более подробно, которая проходит к килю 20. Корпус 14 имеет верхнюю часть 24, прикрепленную к палубе 12, и нижнюю часть 26, проходящую вверх от киля 20. Между верхней частью 24 корпуса и его нижней частью 26 находится часть 28 в виде горловины, имеющая уменьшенный диаметр, которую соединяют с верхней частью 24 корпуса посредством сужающегося (например, в виде усеченного конуса) верхнего переходного участка 30, и с нижней частью 26 корпуса посредством сужающегося (например, в виде усеченного конуса) нижнего переходного участка 32. Назначение части 28 в виде горловины будет разъяснено ниже.
Внутри верхней части 24 корпуса находится прикрепленная к нижней стороне палубы 12 замкнутая внутренняя камера 33, имеющая верхнюю часть, образуемую посредством вертикальных верхних боковых стенок 34, прикрепленных между палубой 12 и наружными краями горизонтальной, проходящей внутрь полки 36, и более узкую донную часть, образуемую посредством вертикальных нижних боковых стенок 37, прикрепленных между внутренними краями полки 36 и донной стенкой 38. Большое количество швартовов 40 (которые могут представлять собой тросы или цепи), крепящих платформу 10 к морскому дну, проходит в нижнюю часть 26 корпуса 14 ниже части 28 в виде горловины, при этом каждый из швартовов 40 проходит через якорную трубу 42, которая проходит наружу от корпуса 14 по плотной посадке, препятствующей прохождению воды. Каждая якорная труба 42 входит в зацепление с одним из большого количества изгибающихся башмаков 46, прикрепленных к внутренней стенке корпуса 14 вблизи от нижнего конца части 28 в виде горловины, придавая при этом швартовым 40 фактически вертикальную ориентацию. Каждая якорная труба 42 имеет верхний конец, который крепят в нижней стенке 38 внутреннего отделения. Каждый из швартовов 40 после выхода из соответствующей якорной трубы 42 проходит через соответствующее одно из большого количества устройств 48 для застопоривания цепи, прикрепленное к верхней поверхности донной стенки 38 отделения 33, которое воспринимает вертикальную нагрузку швартовов 40 и препятствует проскальзыванию швартовов 40.
Из устройств 48 для застопоривания цепи каждый из швартовов 40 проходит поверх вертикального шкива 50, прикрепленного в внутреннему краю полки 36, а затем поверх горизонтального шкива 52 (фиг.3). Шкивы 50, 52 соответствующим образом направляют швартовы 40 вначале из вертикальной ориентации в горизонтальную, а затем поворачивают швартовы примерно на 90° в горизонтальной плоскости. Как показано на фигуре 3, к каждому углу полки 36 крепят брашпили 54 и швартовы от смежных шкивов 50, 52 наматывают на каждый брашпиль 54. В конкретном примере, представленном на фигурах, имеются тридцать шесть швартовов 40, при этом девять швартовов 40 наматывают на каждый брашпиль 54. Брашпили 54 приводят в действие таким образом, чтобы разматывать соответствующую длину швартова и прилагать соответствующую величину натяжения к каждому швартову 40 для крепления платформы 10. Посредством заключения застопоривающих устройств 48, шкивов 50, 52 и брашпилей 54 в камеру 33 эти устройства будут защищены от жестких условий окружающей среды, например от ветра и льда.
Центральная шахта 22 включает в себя горизонтальную переборку 56, которая делит центральную шахту на верхнюю часть 22а между донной стенкой 38 отделения 33 и горизонтальной переборкой 56, и нижнюю часть 22b между горизонтальной переборкой 56 и верхней стенкой отсоединяемого опорного буя 58 (описанного ниже более подробно) трубопроводов, устанавливаемого в донной части центральной шахты 22 у киля 20 корпуса 14. Верхняя часть 22а центральной шахты образует замкнутое пространство, которое приводит к некоторой потере плавучести вследствие потери жестким резервуаром вместимости из-за меньшей площади поперечного сечения части 28 корпуса 14, выполненной в виде горловины.
Через центральную шахту 22 проходит узел с трубопроводами, содержащий один или более трубопроводов, каждый из которых имеет верхнюю часть 60а и нижнюю часть 60b. Каждая из верхних частей 60а трубопроводов подсоединена своим верхним концом к производственному оборудованию (не показано) на палубе 12, в то время как донный конец каждой верхней части 60а трубопровода соединен с верхним концом соответствующей нижней части 60b трубопровода посредством дистанционно приводимого в действие разъединяемого соединителя 62 трубопроводов, такого типа, который хорошо известен и который обычно используют в системах для подводной добычи нефти и природного газа. Соединители 62 преимущественно могут включать в себя самоуплотняющиеся клапаны (не показаны) для предотвращения или сдерживания потерь текучей среды, когда верхние части 60а трубопроводов отсоединяют от их нижних частей 60b, что обсуждено ниже. Участок каждой верхней части 60а трубопровода, который проходит через верхнюю часть 22а шахты, преимущественно может быть заключен в защитную втулку 64.
Нижние части 60b трубопроводов крепят в отсоединяемом опорном буе 58 трубопроводов, через который эти нижние части проходят и который устанавливают снизу центральной шахты 22 корпуса 14 соосно с ней у киля 20. Предпочтительно, чтобы каждая из нижних частей 60b трубопроводов проходила через нижнюю втулку 66, которая проходит в осевом направлении через опорный буй 58 трубопроводов. Каждая из нижних втулок 66 трубопроводов заканчивается в ограничителе 68 изгиба, проходящем вниз от донной части опорного буя 58. Каждая из нижних частей 60b трубопроводов затем проходит от одного из ограничителей 68 изгиба к устью скважины (не показано) в морском дне, что хорошо известно в этой области.
Опорный буй 58 трубопроводов крепят к корпусу 14 посредством дистанционно приводимого в действие защелкивающегося механизма, имеющего большое количество защелок 70 (фиг.2В и 4), закрепленных на донной части киля 20, каждая из которых содержит защелкивающийся элемент 72, имеющий возможность зацепления с донной частью опорного буя 58 трубопроводов. Защелкивающийся механизм приводят в действие избирательно для отцепления защелкивающихся элементов 72 от опорного буя, при этом корпус 14 платформы 10 может быть отделен от буя 58, что ниже будет описано более подробно. Пригодные защелкивающиеся механизмы хорошо известны в этой области, и их используют, например, для крепления буя с возможностью разъединения в турели носовой части судна, предназначенного для добычи, хранения и разгрузки.
Как показано на фигурах 2А и 2В, буй 58 удерживают в центральной шахте 22 с помощью большого количества средств 74 опускания буя (которые могут представлять собой тросы или цепи), каждое из которых проходит вниз в центральной шахте 22 от лебедки 76, прикрепленной к палубе 12, проходя при этом через соответствующие отверстия в донной стенке 38 замкнутого пространства 33 и в горизонтальной переборке 56 центральной шахты. Нижний конец каждого троса или каждой цепи 74 заканчивается в дистанционно приводимом в действие соединительном гнезде 78, в которое с возможностью разъединения заходит сопрягающийся с ним шар 80, прикрепленный к верхней части буя 58 (см. фигуру 8). Дистанционно приводимый в действие соединительный механизм 78, 80 из шара и гнезда может представлять собой любую обычную конструкцию, известную в этой области. Как вариант, соединительный механизм 78, 80 из шара и гнезда может быть приведен в действие посредством дистанционно приводимой в действие тележки (не показана). Когда буй 58 прикреплен и будет удержан в его закрепленном в корпусе или приподнятом положении внутри центральной шахты 22 посредством соответственно защелок 70 и опускающих цепей или тросов 74, первое большое количество стопорных элементов 82 буя, закрепленных вокруг периферии верхней части буя 58, садится на соответствующее второе большое количество стопорных элементов 84 буя, прикрепленных к верхней части килевого резервуара 20, как показано на фиг.2В.
Как описано выше, платформа 10 согласно настоящему изобретению может быть приведена в действие, по меньшей мере, двумя способами для доведения до минимума опасности повреждения вследствие потока плавучего льда или айсбергов. Во-первых, как показано на фигуре 1, платформа 10 имеет первое или «балластированное нижнее» положение, при котором часть 28 в виде горловины и сужающийся верхний переходной участок 30 корпуса 14 полностью погружены ниже верхней ватерлинии или ватерлинии 90 «при отсутствии льда», которая определена на верхней части 24 корпуса на заданном расстоянии ниже палубы 12. «Балластированное нижнее» положение используют в таких условиях, при которых может происходить столкновение с большими волнами, но при этом отсутствуют условия течения плавучего льда. При удалении некоторой части балласта из юбочного резервуара (резервуаров) 18 платформа 10 может быть перемещена во второе или «балластированное верхнее» положение в условиях течения плавучего льда. Контролируемое введение балласта в юбочный резервуар (резервуары) 18 и удаление балласта из него для обеспечения балластируемого верхнего и балластируемого нижнего положений выполняют средствами, хорошо известными в этой области, обычно с помощью системы трубопроводов (не показана) и воздушных насосов (не показаны), которые соответствующим образом обеспечивают захождение морской воды в резервуар (резервуары) 18 и ее выдувание из них. В балластируемом верхнем положении верхняя часть сужающегося верхнего переходного участка 30 корпуса 14 будет приподнята, так чтобы нижняя ватерлиния или ватерлиния 92 «течения плавучего льда», представленная на фигуре 1 горизонтальной штрихпунктирной линией, проходила через верхний переходной участок 30 и над ней находилась бы, по меньшей мере, верхняя часть верхнего переходного участка 30 корпуса 14. В балластируемом верхнем положении верхний переходной участок 30 корпуса 14 находится у нижней ватерлинии 92 и имеющая уменьшенный диаметр часть 28 в виде горловины находится как раз ниже нижней ватерлинии 92. В этом балластируемом верхнем положении зоны с уменьшенным поперечным сечением верхнего переходного участка 30 и части 28 с уменьшенным диаметром в виде горловины корпуса 14 находятся вблизи от поверхности воды, тем самым снижая площадь поверхности корпуса 14, которая подвержена ударам потока плавучего льда.
Когда возникает угроза соударения с айсбергом, корпус 14 может быть отделен от опорного буя трубопроводов и отведен с пути, угрожающего получению повреждения, посредством описанного ниже процесса, представленного на фигурах 5-8.
Как показано на фигурах 5 и 6 со ссылкой при этом на фигуры 2В и 4, защелки 70, крепящие опорный буй 58 трубопроводов к корпусу, освобождают, как и соединители 62 трубопроводов. Эти операции позволяют отсоединить верхние части 60а трубопроводов от их нижних частей 60b, а также обеспечить отсоединение буя 58 от корпуса 14. Таким образом, буй 58 может быть свободно опущен относительно корпуса 14 посредством опускающих тросов или цепей 74 и лебедок 76 в положение отделения от корпуса, что показано на фигуре 6.
Как показано на фигурах 7 и 8, после опускания буя 58 в положение отделения от корпуса и обеспечения устойчивого положения равновесия соединительные гнезда 78 приводят в действие, чтобы освободить соединительные шары 80, завершая при этом отделение корпуса 14 от буя 58. Положение равновесия представляет собой положение, при котором плавучесть опорного буя 58 сохраняется на определенной глубине, которая должна быть ниже любого приближающегося айсберга и при которой буй не будет подвержен чрезмерной активности волн или течению воды. Тяжелый объект, например цепь, удерживаемая имеющим малый вес полиэфирным тросом (не показан), может быть прикреплена к опорному бую 58 для содействия обеспечению положения равновесия.
Если корпус и палуба платформы 10 должны быть перемещены, то тогда швартовы 40 должны быть отсоединены, причем предпочтительно у устройств 48 для застопоривания цепей или непосредственно ниже них, причем предпочтительно после ослабления на небольшую величину. Затем корпус и палуба могут быть отведены либо посредством буксировки, либо бортовой системы передвижения (не показана). После прохождения айсберга или когда обстановку можно считать безопасной, корпус и палуба платформы могут быть перемещены назад с установкой поверх буя 58 для повторного подсоединения к нему посредством выполнения описанных выше стадий в обратном порядке после повторного подсоединения швартовов 40. Такое повторное подсоединение может быть выполнено, например, посредством возврата швартовов 40 с морского дна при креплении возвратного троса (не показан) к каждому из швартовов 40, используя тележку с дистанционным управлением (не показана). Как только швартовы возвращены к поверхности, будут добавлены дополнительные отрезки швартовов и далее швартовы 40 должны быть вытянуты через якорные трубы 42 и прикреплены к устройствам 48 для застопоривания цепей.
Хотя настоящее изобретение описано здесь в контексте нескольких представленных в качестве примера вариантов его осуществления, будет понятно, что квалифицированными специалистами в соответствующих областях может быть предложен ряд изменений и модификаций. Такие изменения и модификации следует считать находящимися в пределах существа и объема настоящего изобретения, которые определены в следующих далее пунктах формулы изобретения.