ГРАВИТАЦИОННЫЙ ФУНДАМЕНТ
GRAVITATIONAL FOUNDATION

[001] Настоящее изобретение относится к гравитационным фундаментам, в частности к фундаментам для поддержания сооружений для бурения и извлечения углеводородов в глубоководных арктических морях.
[002] Концепции глубоководного гравитационного фундамента (GBS) для областей, испытывающих существенное влияние морского льда, традиционно основаны на использовании крупных монолитных стальных или бетонных подвышечных оснований, поддерживающих расположенные в удалении от берега углеводородные буровые или добывающие установки. На глубоководных участках размер, вес и стоимость таких гравитационных фундаментов представляют собой основную сложность с точки зрения их проектирования, конструирования и установки. Традиционные гравитационные фундаменты в целом основаны на монолитном кессоне с отдельными вертикальными опорами или без них, как правило заполненными морской водой и/или твердым балластом для сопротивления горизонтальным нагрузкам от воздействия волн и льда. Общий объем кессона и минимальный требуемый вес в воде, быстро растут с увеличением глубины и горизонтальной нагрузки. Это может затруднить удовлетворение требований к гравитационному фундаменту, особенно в слабых связных грунтах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Ниже раскрыты варианты реализации открытых гравитационных фундаментов для использования в глубоких арктических водах, которые содержат широко расставленные первую и вторую удлиненные фундаментные секции, разделенные открытой областью и выполненные с возможностью обеспечения поддержания веса гравитационного фундамента на дне моря. Верхняя секция может быть расположена над указанной открытой областью и выполнена с возможностью прохода по меньшей мере частично над водной поверхностью для поддержки надводных установок. Гравитационный фундамент дополнительно содержит секцию, соединяющую широко расставленные фундаментные секции с указанной верхней секцией.
[004] Согласно некоторым вариантам реализации гравитационный фундамент может содержать внутренние камеры для текучей среды, которые могут быть выборочно частично или полностью заполнены текучей средой или частично или полностью освобождены для погружения в море и всплытия указанного фундамента. Согласно дополнительным вариантам реализации юбки, которая может содержать открытые в нижнем направлении отсеки, с возможностью присоединения к фундаментным секциям для облегчения размещения указанного фундамента на морском дне. Согласно другим вариантам реализации фундамент может содержать систему трубопроводов, выполненную с возможностью удаления или извлечения текучей среды из областей в юбочных отсеках ниже фундаментных секций для дополнительного облегчения размещения указанного фундамента на морском дне и отрыва от морского дна. Гравитационный фундамент может быть повторно установлен в различных местах морского дна путем всплытия над морским дном в одном месте, буксирования в плавающем положении к второму месту и последующего погружения фундамента к морскому дну во втором месте. Высота всплытия гравитационного фундамента может выбираться путем регулирования уровня жидкости в камерах для стабилизации фундамента в процессе перемещения и приспособления к неблагоприятным условиям окружающей среды, таким как волны, ветер и лед.
[005] Вышеизложенные и другие задачи, отличительные особенности и преимущества раскрытых в настоящей заявке вариантов реализации станут более очевидными из следующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[006] На фиг.1 показан пример варианта реализации гравитационного фундамента с двумя разделенными фундаментными секциями.
[007] На фиг.2А показан вид сбоку варианта реализации, показанного на фиг.1.
[008] На фиг.2В показан вид спереди варианта реализации, показанного на фиг.1.
[009] На фиг.3 показан вид сверху примера первого и второго разделенных фундаментных блоков гравитационного фундамента в направлении стрелок 3-3, показанных на фиг.2А и 2В.
[010] На фиг.4 показан вид сверху средней части примера гравитационного фундамента в направлении стрелок 4-4, показанных на фиг.2А и 2В.
[011] На фиг.5 показан разрез вида сбоку фундаментного блока гравитационного фундамента, расположенного в сухом доке.
[012] На фиг.6 показан разрез вида сбоку расположенного в море сборного узла части примера гравитационного фундамента, содержащей первую и вторую фундаментные части и первую верхнюю секцию в положении для сборки.
[013] На фиг.7А показан вид сбоку примера гравитационного фундамента для небольших глубин.
[014] На фиг.7 В показан вид спереди гравитационного фундамента, показанного на фиг.7А.
[015] На фиг.8 показан вид сверху нижней части гравитационного фундамента, показанного на фиг.7А и 7В.
[016] На фиг.9 показан вид сбоку примера гравитационного фундамента, имеющего внутренние водонепроницаемые камеры и опирающегося на морское дно.
[017] На фиг.10 показан разрез вида сбоку варианта реализации, показанного на фиг.9.
[018] На фиг.11 показан вид сбоку варианта реализации, показанного на фиг.9, например, в частично заполненном водой положении с возможностью установки на морское дно или отрыва от морского дна.
[019] На фиг.12 показан вид сбоку варианта реализации, показанного на фиг.9, например, в почти освобожденном от воды и плавающем над морским дном положении.
[020] На фиг.13 показана схема примера системы для закачивания и откачивания морской воды для варианта реализации, показанного на фиг.9.
[021] На фиг.14 вид снизу подошвы для варианта реализации, показанного на фиг.9, показывающий пример юбки и пример мест расположения выходных отверстий для текучей среды для увеличения и уменьшения давления текучей среды ниже гравитационного фундамента.
[022] На фиг.15 схематически показан разрез вида сбоку подошвы, показанной на фиг.14, показывающий пример юбки и выходных отверстий для текучей среды относительно основания гравитационного фундамента и морского дна.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[023] Описанные в настоящей заявке варианты реализации гравитационного фундамента, которые значительно снижают вес подвышечного основания, необходимый для данной глубины и в то же время предлагают значительные преимущества при проектировании, транспортировке, установке, перестановке и удалении. Раскрытые варианты реализации могут использоваться для поддержки буровых или добывающих установок на глубинах до 200 метров или больше. Некоторые варианты реализации могут поддерживать надводные установки с большим установочным весом, таким как от примерно 30000 тонн до примерно 90000 тонн или больше. Некоторые варианты реализации способны выдерживать тяжелые ледовые, водные и почвенные условия, типичные для арктических и субарктических морей, таких как море Бофорта и Карское море.
[024] Раскрытые в настоящей заявке варианты реализации могут уменьшить известный конфликт между требованиями к нагрузке на опору, плавучести и опорной площади путем поддерживания верхних поверхностей на широко расставленных фундаментных секциях и подпорах. Эти крупные фундаментные секции и подпоры могут обеспечить эффективность изготовления и строительства благодаря своей модульной конструкции. Компоненты также могут быть симметричными для повышения эффективности изготовления.
[025] На фиг.1 и 2 показан пример варианта реализации гравитационного фундамента 10, содержащего первую фундаментную секцию 12А и вторую фундаментную секцию 12В, первую наклонную секцию 14А, вторую наклонную секцию 14В, переходную секцию 16 и верхнюю секцию 18, и выполненного с возможностью поддержки надводных установок надводной секции 20. Некоторые варианты реализации гравитационного фундамента 10 дополнительно могут содержать по меньшей мере одну поперечную тягу, проходящую между наклонными секциями 14, такую как разнесенные поперечные тяги 22А и 22В и разнесенные поперечные тяги 24А и 24В.
[026] Каждая из фундаментных секций 12 может быть выполнена с возможностью обеспечения опоры на морское дно и поддержки остальной части гравитационного фундамента 10. Каждая из фундаментных секций 12 может содержать первую подошву 30А, вторую подошву 30В и промежуточную часть 34, проходящую между первой и второй подошвами. Фундаментные секции 12 могут быть удлинены в направлении между первой и второй подошвами 30А, 30В. Подошвы 30 могут иметь большую нижнюю поверхность и могут конически сужаться в направлении вверх от фундаментной поверхности вдоль наклонной верхней поверхности. Каждая из подошв 30А, 30В может содержать скошенную внешнюю часть 36, имеющую слегка наклонную верхнюю, и может содержать проходящую вверх часть 38, которая может иметь боковые поверхности, выполненные с более крутым наклоном по сравнению с поверхностью 36. Подошвы 30А, 30В могут содержать плоские, многоугольные поверхности, и в то же время согласно некоторым вариантам реализации указанные подошвы могут содержать изогнутые поверхности или другие неплоские и/или неполигональные поверхности.
[027] Каждая из фундаментных секций 12 может иметь общую продольную длину L и ширину W, как показано на фиг.1. Каждая подошва 30 может иметь максимальную ширину W, в то время как промежуточная часть 34 может иметь уменьшенную ширину, и формируя сужение или среднюю секцию с уменьшенной шириной между двумя подошвами 30А, 30В. Каждая из фундаментных секций 12 может иметь внешнюю боковую поверхность и может иметь в целом прямую внутреннюю боковую поверхность 40, которая проходит по всей длине фундаментной секции 12 через обе подошвы 30А, 30В и промежуточную часть 34 вдоль L. Каждая фундаментная секция 12 в целом может быть симметричной относительно первой вертикальной плоскости 63, показанной на фиг.3, секущей промежуточную часть 34 посередине между подошвами 30. Кроме того, фундаментная секция 12А в целом может быть симметричной фундаментной секции 12 В относительно второй вертикальной плоскости 64, показанной на фиг.3, проходящей вдоль L посередине между этими двумя фундаментными секциями 12. Каждая из этих первой и второй вертикальных плоскостей 63, 64 в целом может делить пополам весь гравитационный фундамент 10 на соответствующие симметричные половины по обе стороны каждой из указанных плоскостей, как показано в на фиг.2А и 2В.
[028] Две фундаментные части 12А и 12В могут быть широко разделены открытой областью 42 между внутренними сторонами 40 этих двух фундаментных секций. Открытая область 42 может проходить по всей длине L фундаментных секций. В вариантах реализации без поперечных тяг 22 и 24 указанная открытая область может проходить вверх до переходной секции 16 и также разделять две наклонные секции. Вариант реализации имеет "открытую область" между этими двумя фундаментными секциями 12А, 12В, когда вся область непосредственно между двумя фундаментными секциями 12А, 12В заполнена элементами менее чем на 10%. В некоторых вариантах реализации две фундаментные секции 12А и 12В могут быть "полностью разделены" открытой областью 42, что означает полное отсутствие элементов непосредственно между двумя фундаментными секциями 12.
[029] Каждая фундаментная секция 12А, 12В может иметь опорную площадь, заданную периметром донной поверхности фундаментной секции, которая выполнена с обеспечением контакта с нижележащим морским дном. Примеры опорных площадей показаны на фиг.3 полужирными линиями, обозначающими внешний периметр фундаментной секции 12. Открытая область 42 между опорными площадями фундаментных секций 12 может иметь площадь, которая больше каждой опорной площади или больше 50% общей площади этих двух опорных площадей. Согласно другим вариантам реализации открытая область 42 между опорными площадями фундаментных секций 12 может составлять по меньшей мере 25% общей площади этих двух опорных площадей. Согласно некоторым вариантам реализации каждая из опорных площадей может иметь площадь, которая больше максимальной площади горизонтального сечения вертикальной кольцевой секции или кессонной секции 18.
[030] Каждая из наклонных секций 14А, 14В может проходить вверх от верхних частей 38 подошв 30А, 30В соответствующих фундаментных секций 12А, 12В к переходной секции 16. Следует отметить, что укороченная часть угловой конструкции каждой из секций 14А, 14В может быть включена в соответствующую фундаментную секцию. Внутренние части секций 14А, 14В могут быть наклонены друг к другу. Расстояние между двумя наклонными частями секций 14А, 14В уменьшается в направлении от фундаментных секций 12 к переходной секции 16, так что две указанные наклонные части могут быть полностью соединены вместе в переходной секции 16. Степень наклона наклонных секций наглядно показана на виде спереди на фиг.2В. Таким образом, боковые части 14А, 14В могут сходиться, или по меньшей мере их части могут сходиться в направлении от соответствующих фундаментных секций 12. Предпочтительно они могут непрерывно сходиться в верхнем направлении. Однако менее предпочтительно они могут иметь секции, которые сходятся с промежуточными несходящимися частями.
[031] Каждая из наклонных секций 14А, 14В может содержать первую и вторую наклонные подпоры 44А, 44В и по меньшей мере один горизонтальный поперечный элемент, такой как 46А и 48А для наклонной секции 14А и 46В и 48В для наклонной секции 14В, которые могут быть параллельными и разнесенными один над другим. Одна наклонная подпора 44А соединена с одной подошвой 30А каждой фундаментной секции 12, а другая наклонная подпорка 44 В соединена с другой подошвой 30В каждой фундаментной секции. Наклонные подпоры 44А и 44 В соответствующей наклонной секции 14А могут полностью или частично сходиться друг к другу. Наклонные подпоры секции 14В могут быть расположены тем же способом. Таким образом, наклонные подпоры одной секции 14А могут наклоняться друг к другу и к наклонным подпорам другой наклонной секции 14В, и эти наклонные подпоры секции 14В могут наклоняться друг к другу и к наклонным подпорам секции 14А. Каждая наклонная подпора 44 может иметь в целом квадратное горизонтальное сечение, площадь которого уменьшается с высотой. Также могут использовать конструкции другого горизонтального сечения. Указанные четыре подпоры 44 могут иметь одинаковую степень наклона и могут быть в целом симметричными относительно вертикальной центральной оси 66 гравитационного фундамента 10 заданной пересечением плоскостей 63 и 64 симметрии. Указанные подпоры могут непрерывно сходиться вдоль своей длины. Альтернативно, эти подпоры могут иметь одну или более сходящихся секций.
[032] Каждая наклонная секция 14А, 14В может содержать ноль, один, два или более горизонтальных поперечных элементов, соединяющие подпоры 44А и 44В вместе. Вариант реализации, показанный на фиг.1, содержит более длинный нижний поперечный элемент 46А и более короткий верхний поперечный элемент 48А, соединяющие наклонные подпоры 44А и 44В первой наклонной секции 14А, и более длинный нижний поперечный элемент 46В и более короткий верхний поперечный элемент 48В, соединяющие наклонные подпоры 44А и 44В второй наклонной секции 14В. Поперечные элементы 46, 48 могут, например, иметь в целом четырехугольное вертикальное поперечное сечение с горизонтальными верхней и нижней поверхностями и наклонными боковыми поверхностями.
[033] Согласно вариантам реализации для глубоких вод гравитационный фундамент 10 может содержать поперечные тяги 22 и/или 24, проходящие между двумя наклонными секциями 14А и 14В и соединяющие их. Один набор поперечных тяг 22А и 24А может соединять две наклонные подпоры 44А, и другой набор поперечных тяг 22В и 24В может соединять две наклонные подпоры 44В. Поперечные тяги 22, 24, если таковые имеются, могут быть подобными по форме и высоте поперечным элементам 46, 48.
[034] Верхние концы наклонных подпор 14 могут быть соединены вместе переходной секцией 16. Переходная секция 16 может по меньшей мере частично иметь форму усеченного конуса, иметь общую форму усеченной пирамиды или другую форму. Переходная секция 16 может иметь более широкий нижний периметр 50, имеющий первую площадь сечения, и может сужаться к более узкому верхнему периметру 52, имеющему вторую площадь сечения, меньшую первой площади сечения. Переходная секция 16 может содержать проходящую в осевом направлении открытую внутреннюю или центральную область 48 (фиг.2). Согласно варианту реализации, показанному на фиг.1, переходная секция 16 имеет квадратный нижний периметр 50 и восьмиугольный верхний периметр 52, с многоугольными боковыми поверхностями. Согласно другим вариантам реализации переходная секция 16 может иметь круглые верхний и нижний периметры и усеченную коническую боковую поверхность, или может иметь другую конструкцию.
[035] Верхняя секция 18 гравитационного фундамента 10 может проходить вверх от указанного верхнего периметра или вершины 52 переходной секции 16. Верхняя секция 18 может содержать вертикальную кольцевую часть 54 и расширенную или увеличенную вершинную часть 56. Верхняя секция 18 может содержать проходящую в осевом направлении открытую внутреннюю или центральную область 58 (как показано на фиг.2). Центральная область 58 может быть вертикально ориентирована и может сообщаться с открытой областью 48 внутри переходной секции 16. Верхняя секция 18 может иметь многоугольное поперечное сечение, как показано на фиг.1, круглое поперечное сечение или поперечное сечение любой другой подходящей формы. Расширенная часть 56 может иметь более узкий нижний периметр 60 с меньшей площадью сечения, по сравнению с верхней поверхностью 62 расширенной части 56. Нижний периметр 60 расположен на пересечении с вершиной кольцевой вертикальной части 54. Расширенная часть 56 может увеличиваться в площади сечения в направлении к широкой верхней поверхности 62, которая может поддерживать надводные установки 20.
[036] Гравитационный фундамент может иметь размер, при котором, расположенная на морском дне вертикальная кольцевая часть 54 верхней секции 18 находится частично под водой и частично над водой. Вертикальная кольцевая часть 54 может иметь уменьшенную горизонтальную ширину по сравнению с другими частями гравитационного фундамента 10, так что на нее действует меньшая боковая сила от нагрузок волны льда, которые в целом сосредоточены у поверхности воды. Различные варианты реализации гравитационного фундамента 10 могут быть выполнены с возможностью использования на морских глубинах больше 60 метров, таких как глубины в диапазоне от примерно 60 метров до примерно 200 метров, хотя гравитационный фундамент 10 может быть выполнен с возможностью использования также на других глубинах.
[037] Размеры, показанные на фиг.2-4, являются только примерами и ни в коем случае не ограничивают настоящее изобретение. Эти размеры иллюстрируют один примерный вариант реализации, и в то же время другие варианты реализации могут иметь отличающиеся размеры.
[038] На фиг.2А и 2В показан один из вариантов типичного разделения гравитационного фундамента 10 на три сборочных блока 70, 72 и 74. Фундаментный блок 70 (показан обычными сплошными линиями X) может содержать две фундаментные секции 12А, 12В и нижние части двух наклонных секций 14А, 14В (например, нижние части наклонных подпор 44А, 44 В, нижние поперечные элементы 46 и/или нижние поперечные тяги 22). Согласно некоторым вариантам реализации нижние поперечные элементы 46А, 46В могут быть включены в фундаментный блок 70. Кроме того, фундаментный блок 70 также может альтернативно содержать нижние поперечные тяги 22А, 22В. Согласно вариантам реализации, в которых фундаментный блок 70 не содержит нижних поперечных тяг 22А, 22В (как, например, спроектированный для небольших глубин), он может содержать два отдельных сборочных фундаментных блока 70А и 70В (как показано на фиг.3). Средний блок 72 (показанный полужирными штриховыми линиями Y на фиг.2А и 2В и также показанный на фиг.4) может содержать верхние части наклонных секций 14, переходную секцию 16, нижнюю часть верхней секции 18 и необязательно верхние поперечные тяги 24А, 24В. Вершинный блок 74 (показанный на чертеже жирными сплошными линиями Z) может содержать верхнюю часть верхней секции 18 и при необходимости надводные установки 20.
[039] Каждый из сборочных блоков 70, 72, 74 может быть выполнен индивидуально в крупном доке. В процессе сборки гравитационного фундамента фундаментный блок 70 может быть сначала расположен на плаву с частичным погружением в воду, затем средний блок 72 может быть расположен над фундаментным блоком 70 и соединен с ним, затем объединенные фундаментный блок 70 и средний блок 72 могут быть погружены в воду, затем вершинный блок 74 может быть расположен над средним блоком 72 и соединен с ним. Согласно некоторым вариантам реализации нижние поперечные тяги 22 могут быть соединены с фундаментным блоком 70, и верхние поперечные тяги 24 могут быть соединены со средним блоком 72 до установки вершинного блока 74. Согласно другим вариантам реализации блок гравитационного фундамента 10 может быть разделен на различные другие сборочные блоки и/или субблоки и может быть собран различными другими способами.
[040] На фиг.3 показан вид сверху фундаментных блоков 70А, 70В согласно варианту реализации, показанному на фиг.2, без поперечных элементов 46 или поперечных тяг 22. На этом виде сверху показана открытая область 42 между внутренними боковыми поверхностями 40 двух фундаментных секций 12А и 12В. Большая часть внутренних краев 41 внутренних боковых поверхностей 40 может быть параллельная друг к другу. На этом виде сверху также показан пример опорной площади фундаментных секций 12 на морском дне, с узкими промежуточными частями 34 и более широкой подошвой 30. Фундаментные блоки 70А, 70В могут быть симметричными друг другу относительно вертикальной плоскости 64, и в то же время каждый из них может быть симметричен другому относительно вертикальной плоскости 63. На этом виде также показаны нижние части четырех подпор 44, наклоненных к центральной оси 66 гравитационного фундамента, которая предпочтительно является вертикальной.
[041] На фиг.4 показан вид сверху среднего блока 72 согласно варианту реализации, показанному на фиг.2. На этом виде сверху показан пример реализации, имеющей квадратное поперечное сечение периферийной формы, образованной четырьмя подпорами 44, верхними поперечными элементами 48А, 48 В и верхними поперечными тягами 24А, 24В на нижней части среднего блока 72. На этом виде сверху также показано восьмиугольное поперечное сечение примера вертикальной кольцевой части 54. Средняя часть 72 может быть симметричной относительно вертикальных плоскостей 63 и 64. Согласно некоторым вариантам реализации средняя часть 72 также может быть симметричной относительно двух диагональных вертикальных плоскостей (не показаны), проходящих под углом 45° к плоскостям 63 и 64.
[042] На фиг.5 и 6 показан пример типичного подхода к конструкции фундаментного блока 70, показанного на фиг.2А и 2В. Согласно этому подходу фундаментный блок 70 собирают из двух фундаментных частей 90А и 90В и третьей части 92, которая соединяет фундаментные части 90А, 90В. Как показано на фиг.5, согласно некоторым вариантам реализации две фундаментные части 90 могут быть выполнены индивидуально в сухом доке 80. На фиг.5 показан разрез вида спереди одной из фундаментных частей 90, выполненных в сухом доке 80. Согласно некоторым вариантам реализации фундаментные части 90 являются чрезвычайно крупными и требуются очень большие сухие доки. На чертеже показан один очень крупный сухой док 80. Сухой док 80 может содержать дно 82 с шириной W1 примерно 131 метр и подъемник 84, такой как гигантский подъемник, который может иметь максимальную высоту Н2 подъема примерно 91 метр над дном 82. Док 80 может иметь глубину Н1 примерно 14,5 метров, которая может быть частично заполнена водой или другими жидкостями 86, например до высоты НЗ примерно 10 метров, для облегчения поддержки и изготовления фундаментных частей 90. Нижние поверхности фундаментных частей 90 могут быть расположены на расстоянии от дна 82, например, при помощи блоков 88 высотой примерно 1,8 метра. Используя такого крупный сухой док 80, за один раз может быть целиком изготовлена каждая фундаментная часть 90 и затем единым блоком перемещена из сухого дока для сборки в море с фундаментной частью и третьей частью 92.
[043] Согласно некоторым вариантам реализации фундаментные части 90 могут содержать части, обозначенные на фиг.5 позиционными символами А и В, а часть, обозначенная позиционным символом С, может быть изготовлена с третьей частью 92 (как показано на фиг.6). Фундаментные части, содержащие только части А и В, могут содержать часть, показанную на фиг.1 штриховыми линиями 1. Согласно другим вариантам реализации, при достаточно больших размерах сухого дока все три части А, В и С, показанные на фиг.5, могут быть изготовлены одновременно с фундаментной частью 90, которая может достигать высоты Н4 примерно 85 метров над дном 82. Такая фундаментная часть с частями А, В и С, может содержать часть, показанную штриховыми линиями 2 на фиг.1. Две фундаментные части, содержащие части А, В и С, могут быть соединены вместе нижними поперечными тягами 22 в море для формирования фундаментного блока 70.
[044] Важно, чтобы фундаментные части 90 имели фундаментную длину L (как показано на фиг.1), которая намного больше их фундаментной ширины W2, как показано на фиг.5, и чтобы сухой док 80 также предпочтительно имел достаточную длину. Открытая область 42 между двумя фундаментными секциями 12А, 12В обеспечивает возможность индивидуального изготовления целиком каждой из двух отдельных фундаментных частей 90 в одном сухом доке одну за другой, так что впоследствии они могут быть соединены с другими компонентами в море для формирования гравитационного фундамента 10. Такая технологичность изготовления невозможна для гравитационного фундамента, имеющего ширину, превышающую ширину сухого дока.
[045] Как показано на фиг.6, согласно некоторым вариантам реализации фундаментный блок 70 может быть изготовлен из трех частей. Две фундаментные части 90А и 90В могут содержать указанные части гравитационного фундамента под нижними поперечными элементами 46 и нижними поперечными тягами 22, что включает части, обозначенные как А и В на фиг.5 и 6. Третья часть 92 может содержать нижние поперечные элементы 46А, 46В, нижние поперечные тяги 22А, 22В и промежуточные части четырех подпор 44 до нижней части верхних поперечных элементов 48А, 48В и верхних поперечных тяг 24А, 24В. Для сборки указанных трех частей 90А, 90В и 92, в первую очередь части 90А и 90В могут быть расположены в море на плаву, как показано на фиг.6. Для уменьшения плавучести частей 90А и 90В замкнутые внутренние области в частях 90А и 90В, такие как области 94, показанные на фиг.6, могут быть заполнены морской водой, обеспечивая их более глубокое плавание в воде. При достижении их плавучести на необходимом уровне и надлежащего бокового расположения относительно друг друга, поверх них может быть установлена третья часть 92. Как показано на фиг.6, для расположения третьей части 92 могут использовать баржи 96. После расположения поверх частей 90А и 90В, третья часть 92 может быть спущена до контакта с вершинами частей 90А и 90В, и все указанные три части могут быть соединены вместе (например сваркой) для формирования фундаментного блока 70, как показано на фиг.2А и 2В. Согласно настоящему варианту реализации фундаментный блок 70 содержит нижние поперечные тяги 22, в то время как согласно варианту реализации, показанному на фиг.3, два фундаментных блока 70А и 70В могут быть выполнены без нижних поперечных тяг 22, которые при необходимости могут быть добавлены позже или отсутствовать совсем.
[046] После объединения трех частей 90А, 90В и 92, показанных на фиг.6, для формирования фундаментного блока 70, весь фундаментный блок 70 может быть спущен в воду путем дополнительного заполнения водой закрытых внутренних областей 94 и/или заполнения водой закрытых внутренних областей в третьей части 92, таких как области 98, показанные на фиг.6. При погружении фундаментного блока 70 до необходимого уровня отдельно выполненный средний блок 72 может быть расположен поверх третьей части 92 и соединен (например сваркой) с фундаментным блоком 70.
[047] Согласно варианту реализации, показанному на фиг.3-5, два отдельных фундаментных блока 70А и 70В подобным образом могут быть погружены в воду путем заполнения водой внутренних плавучих камер, могут быть расположены надлежащим образом на расстоянии друг от друга и выровнены, после чего средний блок 72 может быть расположен над фундаментными блоками и соединен с ними.
[048] После соединения среднего блока 72 с фундаментным блоком 70 указанный фундамент может быть дополнительно погружен в воду путем заполнения водой одной и более внутренних плавучих камер, расположенных в фундаментном блоке 70 и/или среднем блоке 72, а вершинный блок 74 может быть расположен над средним блоком 72 и соединен с ним. Проиллюстрированный вершинный блок 74 предпочтительно имеет положительную гидродинамическую устойчивость в вертикальной ориентации, так что он естественным образом плавает, причем его верхняя поверхность 62 находится над водой даже с заранее прикрепленными к ней тяжелыми установками.
[049] Соединение вместе фундаментного блока 70, среднего блока 72 и вершинного блока 74 может быть выполнено в любом месте, имеющем достаточную глубину воды, например вблизи берега у сухого дока 80, в котором были изготовлены указанные блоки, или на месте бурения в арктическом море. Поскольку гравитационный фундамент 10 содержит открытую конструкцию с большими открытыми областями между фундаментными секциями 12 и наклонной секцией 14, полностью собранный гравитационный фундамент 10 может быть транспортирован (буксирован) в воде с минимальной скоростью буксирования. Собранный гравитационный фундамент 10 предпочтительно буксируют в воде в направлении длины L (как показано на фиг.1), так что две подошвы 30А или две подошвы 30В являются ведущими. При буксировании в указанной ориентации фундаментные секции 12 и наклонные секции 14 имеют минимальный профиль буксировочного сопротивления, и большая открытая область 42 выровнена в направлении перемещения, уменьшая гидродинамическое буксировочное сопротивление. Кроме того, скошенные фундаментные секции 12 способствуют снижению гидродинамического буксировочного сопротивления при морской буксировке гравитационного фундамента. Согласно другому варианту реализации индивидуальные сборочные блоки 70, 72, 74 могут быть по отдельности буксированы к месту установки платформы и затем собраны.
[050] Гравитационный фундамент имеет очень хорошую гидродинамическую устойчивость. Предпочтительная пирамидальная форма гравитационного фундамента с широкими тяжелыми фундаментными секциями и узкой легкой верхней секцией способствует устойчивости. Таким образом, гравитационный фундамент может быть естественно устойчивым в вертикальном положении на плаву в воде. Кроме того, благодаря своей открытой конструкции гравитационный фундамент имеет уменьшенный вес по сравнению с традиционным гравитационным фундаментом, спроектированным для той же глубины. Уменьшенный общий вес, уменьшенное буксировочное сопротивление и естественная гидродинамическая устойчивость облегчают морскую транспортировку гравитационного фундамента в полностью собранной форме на большие расстояния, такие как от сухого дока к месту бурения в арктическом море.
[051] После доставки к месту установки полностью собранный гравитационный фундамент 10 может быть погружен на морское дно путем дополнительного заполнения внутренних плавучих камер морской водой до достижения контакта нижних поверхностей фундаментных секций 12 с морским дном. Перед установкой фундамента морское дно может быть предварительно подготовлено, например, выравниванием поверхности, удалением неустойчивого материала, добавлением материала, и т.п.. Предпочтительно место установки фундамента представляет собой ровный участок морского дна, так что все нижние поверхности фундаментных секций 12 опираются на морское дно. Одно преимущество широко разнесенных фундаментных секций состоит в том, что такое расположение уменьшает общую опорную площадь гравитационного фундамента и таким образом уменьшает объем подготовительных работ на морском дне перед установкой фундамента. Кроме того, нижняя часть фундаментных секций 12 может быть усилена для обеспечения выдерживания давления, произведенного неровностями морского дна. Согласно некоторым вариантам реализации на нижней стороне фундаментной секции 12 может быть установлена юбка фундамента для повышения устойчивости фундамента, или он может быть расположен рядом с ним.
[052] После установки гравитационного фундамента на грунт уровень поверхности моря при нормальных условиях оказывается расположен между вершиной переходной секции 52 и вершиной вертикальной кольцевой секции 54, так что вертикальная кольцевая секция 54 проходит над поверхностью воды. Благодаря узкой вертикальной кольцевой секции 54 можно ограничить величину боковых сил, действующих на гравитационный фундамент 10 со стороны волн и льда на поверхности моря. Кроме того, открытая конструкция фундаментных секций 12 и наклонных секций 14 обеспечивает возможность протекания воды через гравитационный фундамент с уменьшенным сопротивлением, особенно в направлении длины L фундаментных секций 12. Эти особенности могут уменьшить общую боковую нагрузку, действующую на гравитационный фундамент 10, по сравнению с традиционными гравитационными фундаментами. Для уменьшения действия боковых сил гравитационный фундамент может быть ориентирован с ориентацией его продольного направления по направлению преобладающих морских течений.
[053] Широко разнесенные фундаментные секции 12 предотвращают опрокидывание гравитационного фундамента 10 под действием боковых нагрузок. Кроме того, боковые силы трения, действующие между фундаментными секциями 12 и морским дном, являются достаточными для предотвращения бокового скольжения гравитационного фундамента вдоль морского дна. Однако согласно некоторым менее предпочтительным вариантам реализации гравитационный фундамент 10 может быть дополнительно прикреплен к морскому дну сваями, анкерами или другими механизмами. Гравитационный фундамент 10 может быть выполнен с возможностью использования на больших глубинах до примерно 200 метров. Согласно одному варианту реализации гравитационный фундамент 10 может быть использован на глубинах по меньшей мере 150 метров, в частности в диапазоне глубин от примерно 150 метров до примерно 200 метров, в то время как согласно другим вариантам реализации гравитационный фундамент 10 может быть использован в других диапазонах глубин. От диапазона глубин, для которого спроектирован конкретный вариант реализации, может зависеть высота вертикальной кольцевой части 54.
[054] Поскольку при использовании гравитационный фундамент по меньшей мере частично погружен в воду, его вес может быть частично скомпенсирован давлением воды и частично поддерживаться морским дном. Часть веса, поддерживаемая морским дном, можно рассматривать как вес фундамента в воде. В описанных выше вариантах реализации указанные две фундаментные секции 12 выполнены с возможностью переноса по основной части всего веса в воде гравитационного фундамента морскому дну.
[055] На фиг.7 и 8 показан другой вариант реализации гравитационного фундамента 110, предназначенного для использования при глубинах воды до примерно 60 метров. Один вариант реализации гравитационного фундамента 110 может быть выполнен с возможностью использования в диапазоне глубин от примерно 60 метров до примерно 100 метров, в то время как другие варианты могут быть выполнены с возможностью использования в других диапазонах. Гравитационный фундамент 110 содержит две расположенные на расстоянии друг от друга фундаментные секции 112 и верхнюю секцию 114, проходящую вверх от фундаментных секций 112. На фиг.7А и 7 В показаны разрезы видов сбоку и спереди соответственно гравитационного фундамента 110. На фиг.8 показан частичный вид снизу гравитационного фундамента 110, показывающий контуры двух фундаментных секций 112 на различных высотах и нижнее сечение верхней секции 114.
[056] Фундаментные секции 112 могут иметь в целом прямоугольную нижнюю опорную поверхность 118 в целом с параллельными внутренними краями 120 и внешними краями 122, в целом параллельными концевыми краями 124 и диагональными или скошенными внешними угловыми краями 126. Каждая опорная площадь 118 может иметь продольную длину L примерно 250 метров, и ширину W1 примерно 85 метров. Открытая область 128 между двумя фундаментными секциями 112 может иметь ширину W2 примерно 70 метров и может проходить по всей длине L между фундаментными секциями 112. Фундаментные секции 112 могут сужаться (непрерывно или с промежуточными несходящимися частями) в направлении к верхнему периметру 130. Внутренний край 132 верхнего периметра 130 может быть расположен ближе к центральной оси фундамента по сравнению с внутренним краем 120 опорной площади 118, так что фундаментные секции 112 наклонены внутрь друг к другу.
[057] Верхняя секция 114 может содержать вертикальный кольцевой корпус с изменяемым горизонтальным поперечным сечением. Верхняя секция 114 может содержать нижний внешний периметр 134, который может иметь восьмиугольную форму, как показано на фиг.8, или другую форму. Внешний периметр 134 может перекрывать часть верхней поверхности фундаментных секций 112 внутри верхнего периметра 130 и может пересекать внутренние края 132. Верхняя секция 114 дополнительно может содержать нижний внутренний периметр 136, расположенный внутри нижнего внешнего периметра 134. Нижний внутренний периметр 136 расположен над открытой областью 128 и может объединять боковые края с внутренними краями 132 фундаментных секций 112. Верхняя секция 114 может задавать открытую внутреннюю область 140, которая проходит в осевом направлении или вертикально полностью через верхнюю секцию 114 и может иметь переменную площадь сечения. Верхняя секция 114 может конически сужаться в площади горизонтального сечения в направлении вверх от фундаментных секций 112 к самой узкой вертикальной части 142 и затем расширяться в направлении вверх от вертикальной части 142 к верхней поверхности 144.
[058] Гравитационный фундамент 110 может быть изготовлен и собран подобно гравитационному фундаменту 10. Например, фундаментные секции могут быть выполнены отдельно, а верхняя секция может быть выполнена в одной или двух частях, которые собирают в море.
[059] Размеры, показанные на фиг.7 и 8, являются только примерами и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение. Эти размеры описывают один вариант реализации, в то время как другие варианты реализации могут иметь другие размеры.
[060] Верхняя секция 18 гравитационного фундамента 10 и верхняя секция 114 гравитационного фундамента 110 могут содержать внутреннюю открытую область, через которую буровое оборудование проходит от верхней платформы к морскому дну. Указанная внутренняя открытая область может быть открыта в верхнем и нижнем концах, так что уровень морской воды в указанной внутренней открытой области естественным образом соответствует той же высоте, что и морская вода, окружающая верхнюю секцию. Указанная внутренняя область может называться "буровой шахтой", а окружающая вертикальная кольцевая часть может называться "кессоном". В дополнение к конструктивной поддержке верхних установок кессон может изолировать буровое оборудование от волн и образований льда на поверхности моря. Такие образования льда проходят на несколько метров ниже уровня моря, и таким образом согласно предпочтительному варианту реализации, кессон в случае необходимости может проходить по меньшей мере настолько же ниже уровня моря.
[061] Конструктивные элементы раскрытых в настоящей заявке вариантов реализации гравитационного фундамента могут содержать любой достаточно прочный, жесткий материал или материалы, такие как сталь. Согласно некоторым вариантам реализации любой из нижних компонентов гравитационного фундамента, таких как фундаментные секции 12, может содержать бетон.
[062] Согласно некоторым описанным здесь вариантам реализации первая фундаментная секция может содержать первую точку на одном конце и вторую точку на противоположном ему конце, вторая фундаментная секция может содержать третью точку на одном конце и четвертую точку на противоположном ему конце, причем первая, вторая, третья и четвертая точки задают вершины горизонтальной четырехугольной площади, так что все части гравитационного фундамента, возвышающиеся над указанной четырехугольной площадью, расположены непосредственно над четырехугольной площадью. Например, согласно варианту реализации гравитационного фундамента 10, показанному на фиг.1, первая и вторая наклонные секции, вся переходная секция и вся верхняя секция и надводные части расположены непосредственно над площадью, заданной указанными четырьмя подошвами 30.
[063] Описанные в настоящей заявке варианты реализации гравитационного фундамента могут использовать для различных целей. Некоторые варианты реализации могут использовать для разведочного бурения, при котором гравитационный фундамент перемещают в различные места для поиска предпочтительных условий. Такие варианты реализации могут быть выполнены с возможностью поддержки установок для разведочного бурения и оборудования, расположенных на верхних частях платформы. Другие варианты реализации могут использовать для постоянной работы по добыче углеводородов, причем гравитационный фундамент может оставаться на одном месте длительный период времени, например несколько лет, пока осуществляется извлечение и обработка углеводородов. Некоторые варианты реализации могут использовать как в разведочных, так и в промышленных целях. Для разведочных работ может быть предпочтительной функциональность гравитационного фундамента в максимально широком диапазоне глубин. Соответственно, предпочтительно части кессона могут иметь увеличенную вертикальную высоту при сохранении устойчивости фундамента, так чтобы гравитационный фундамент могли использовать в более широком диапазоне глубин. При использовании в качестве подвышечного основания для стационарного эксплуатационного оборудования, вес которого может достигать 120000 тонн, гравитационный фундамент может иметь расширенную и более прочную верхнюю часть, поскольку эксплуатационное оборудование обычно имеет намного большие размеры и больший вес по сравнению с установками для разведочного бурения. В любом случае вертикальная кольцевая секция или кессон могут быть выполнены с возможностью поддерживания по существу всего веса любой надстройки, предназначенной для извлечения углеводородов и расположенной на верху вертикальной кольцевой секции.
[064] Описанные выше варианты реализации могут использовать на морском дне со связными грунтами, имеющими прочность на сдвиг в недренированном состоянии ниже 30 кПа, а более крупные гравитационные фундаменты согласно варианту реализации, показанному на фиг.1, оснащенные нижними и верхними поперечными тягами 22, 24, могут выдерживать нагрузки, создаваемые многолетним льдом, превышающие 660 MM (меганьютонов). Некоторые из таких более мощных вариантов реализации благодаря своей открытой конструкции могут иметь общий вес меньше 280000 тонн без учета веса надводных установок.
[065] Согласно некоторым из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, любой один или больше из различных элементов гравитационного фундамента может содержать внутренние камеры, которые могут использоваться для временного или постоянного хранения текучих сред, таких как вода, углеводороды, воздух, и смесей указанных текучих сред. Предпочтительно все или большая часть основных элементов могут содержать внутренние камеры, которые могут быть выборочно заполнены балластной текучей средой и/или освобождены от балластной текучей среды для погружения или всплытия указанного элемента и/или узлов, содержащих указанный элемент. Согласно некоторым вариантам реализации внутренние камеры, которые используются для хранения углеводородов, могут иметь стенки с двойной обшивкой для снижения риска протечек. Кроме того, любая из внутренних камер гравитационного фундамента может содержать твердый балласт.
3
3
[066] Согласно предпочтительным вариантам реализации некоторые внутренние камеры выделены для хранения углеводородов, в то время как другие внутренние камеры, обеспечивающие плавучесть, выделены для хранения морской воды, так что углеводороды не смешиваются с морской водой. Указанные камеры могут быть названы "сухим" хранилищем для углеводородов. Согласно таким вариантам реализации камеры, которые заполнены морской водой, спроектированы таким образом, чтобы оставаться заполненными морской водой, в то время как гравитационный фундамент расположен на участке морского дна, для обеспечения достаточного гравитационного взаимодействия с морским дном, и морскую воду откачивают только для подъема и перемещения гравитационного фундамента в другое место. Согласно этим вариантам реализации камеры для сохранения углеводородов в случае необходимости могут быть выборочно заполнены и опустошены, в то время как гравитационный фундамент находится на участке морского дна, и если они не заполнены углеводородами, воздух или другой газ могут использоваться для их заполнения. Таким образом, углеводороды не смешиваются с морской водой. Указанные варианты реализации могут поддерживать достаточную объемную плотность, даже если углеводородные камеры заполнены воздухом или другими газами. Согласно некоторым из указанных вариантов реализации внутренние камеры могут иметь объем от примерно 150000 баррелей (23850 м) до примерно 250000 баррелей (39750 м) для сухого хранения углеводородов. Как правило, такие камеры для сухого хранения углеводородов могут быть расположены в верхних частях гравитационного фундамента, таких как кессонная секция 18, переходная секция 16 и верхние части наклонных секций 14, в то время как камеры, выделенные для хранения морской воды, могут быть расположены в нижних частях гравитационного фундамента.
[067] Согласно другим вариантам реализации одни и те же камеры могут использоваться для хранения как морской воды, так и углеводородов в изменяемой пропорции, так что камеры всегда остаются заполненными морской водой и/или углеводородами. При закачивании углеводородов в камеры часть морской воды в камерах может быть выпущена в море, и при извлечении углеводородов из камер морская вода может быть подана в камеры. Согласно указанным вариантам реализации углеводороды могут смешиваться с морской водой, поэтому морская вода, удаленная из камер, требует очистки перед ее выпуском в море. Такие варианты реализации могут быть выполнены с уменьшенными габаритами и/или иметь уменьшенный объем внутренних камер, поскольку все камеры всегда остаются заполненными жидкостью, в то время как варианты реализации с отдельными камерами для морской воды и для углеводородов требуют увеличения общего объема камер, поскольку они заполняются воздухом или другим газом, если из них откачивают текучую среду, а также необходим дополнительный балласт для компенсации дополнительной плавучести.
[068] На фиг.9-12 согласно одному варианту реализации показан пример процесса подъема гравитационного фундамента 10 над морским дном, так что он может быть перемещен в погруженном положении, или с выбором уровня его плавучести, подходящего для буксирования. Согласно некоторым вариантам реализации гравитационный фундамент 10 может содержать внутренние водонепроницаемые отсеки, или камеры, которые может быть выборочно заполнены жидкостью и освобождены от нее для регулирования веса гравитационного фундамента. Указанные камеры (а также камеры в подошвах и поперечных элементах/поперечных тягах) могут быть уплотнены для предотвращения протекания воды между ними. Согласно другому варианту реализации выбранные камеры могут иметь каналы между собой для одновременного опустошения и заполнения. Это также не мешает гравитационному фундаменту 10 иметь камеры, которые всегда заполнены текучей средой во время нормального использования и буксирования. Количество, размер и расположение таких камер может варьироваться, и вариант реализации, показанный на фиг.9-12, является только одним возможным примером.
[069] В примере гравитационного фундамента 10, показанном на фиг.9 и 10, каждая из наклонных подпор 44А и 44В разделена на несколько камер. Каждая наклонная подпора 44 может содержать по меньшей мере один проходящий продольно и вертикально разделитель и по меньшей мере один проходящий поперечно разделитель, такой как горизонтальный разделитель. Например, каждая наклонная подпока 44 может быть разделена на продольные четверти поперечными разделителями 204 и 206 (как показано на фиг.9А), которые проходят вдоль всей длины наклонных подпор. Каждая наклонная подпора 44 может быть дополнительно разделена поперек разделителями 208, формирующими в этом примере восемь камер в каждой наклонной подпоре 44. В показанном примере некоторые из камер ориентированы параллельно друг другу. Кроме того, в наклонных подпорах некоторые камеры примыкают своими концами вплотную друг к другу.
[070] Камеры в нижних концах наклонных подпор 44 могут быть отделены от камер в подошвах 30, например, горизонтальными разделителями 210. Каждая подошва 30 также может быть разделена на камеры или отсеки. Например, верхние части каждой ноги могут быть отделены от нижних частей 36 другим разделителем 212. Кроме того, продольные разделители 204, 206 могут проходить в подошвах 30 до нижней части гравитационного фундамента, разделяя каждую подошву на несколько камер, например на четыре сектора, каждый из которых имеет верхнюю камеру и нижнюю камеру, разделенные разделителем 212.
[071] Верхние части 16 и 18 гравитационного фундамента 10 также могут содержать камеры для текучей среды. Кессонная секция 18 может содержать верхний поперечный или горизонтальный разделитель 220 и может быть отделена от переходной секции 16 поперечным или горизонтальным разделителем 222. Переходная секция может быть отделена от верхних концов наклонных подпорок 44 поперечными или горизонтальными разделителями 224. Согласно некоторым вариантам реализации любой из поперечных разделителей может быть негоризонтальным и может быть не плоским, хотя предпочтительными являются плоские разделители.
[072] Поперечные элементы 46 и 48, которые соединяют наклонные подпоры 44А и 44В, могут быть дополнительно разделены на камеры для текучей среды. В примере, показанном на фиг.9, верхние поперечные элементы 48 содержат средний разделитель 214, который делит поперечный элемент на две камеры, примыкающие своими концами друг к другу, и концевые разделители 215, которые отделяют две камеры в поперечном элементе 48 от камер в наклонных подпорах 44. Нижние поперечные элементы 46 также могут содержать камеры, такие как образованные центральным, промежуточным или средним разделителем 216, который делит поперечный элемент на две примыкающие камеры, и концевыми разделителями 217, которые отделяют две камеры в поперечном элементе 46 от камер в наклонных подпорах 44.
[073] Подобным образом, поперечные тяги 22 и 24 также могут быть разделены на камеры для текучей среды. В примере, показанном на фиг.10, верхние поперечные тяги 24 содержат центральный, промежуточный или средний разделитель 226, который делит поперечную тягу на две камеры, и концевые разделители 227, которые отделяют две камеры в поперечной тяге 24 от камер в наклонных подпорах 44. Нижняя поперечная тяга 22 может содержать разделитель 228, который делит поперечную тягу на две примыкающие камеры, и концевые разделители 229, которые отделяют две камеры в поперечной тяге 22 от камер в наклонных подпорах 44.
[074] Каждая из подошв 30А и 30В также может быть отделена от промежуточной части 34 в фундаментной секции 12 соответствующими разделителями 218, как показано на фиг.9.
[075] На фиг.9 и 10 показан разделенный гравитационный фундамент 10, опирающийся на морское дно 230, причем уровень 200 моря примерно достигает до верхнего разделителя 220 кессонной секции 18. Это может быть максимальной рабочей глубиной погружения в воду гравитационного фундамента в нормальных условиях эксплуатации. Для удерживания гравитационного фундамента 10 опирающимся на морское дно 230 достаточную часть гравитационного фундамента заполняют морской водой и/или углеводородами, чтобы скомпенсировать его плавучесть. В показанном примере все внутренние камеры гравитационного фундамента заполнены морской водой до уровня 202 заполнения, который расположен на некотором расстоянии ниже уровня 200 моря. В такой конструкции сила тяжести гравитационного фундамента преодолевает силу плавучести, и гравитационный фундамент удерживается на месте на морском дне.
[076] На фиг.11 показан гравитационный фундамент с меньшим объемом морской воды, закачанной во внутренние камеры, по сравнению с показанным на фиг.9 и 10. Уровень 232 заполнения водой внутри примерно соответствует уровню верхней части верхних поперечных элементов 48. Кессонная секция 18 и переходная секция 16 освобождены от морской воды и предпочтительно заполнены воздухом. Кроме того, некоторые из верхних камер в наклонных подпорках 44 частично заполнены морской водой, а частично воздухом. Все камеры ниже уровня 232 заполнения полностью или по меньшей мере по существу заполнены водой. При этом уровне заполнения силы плавучести гравитационного фундамента приблизительно равны силам тяжести. Согласно другим вариантам реализации уровень 232 заполнения, приблизительно соответствующий балансу между гравитацией и плавучестью, может быть выше или ниже по сравнению с показанным на фиг.11, в зависимости от конструкции и материала гравитационного фундамента. Следует отметить, что различные камеры помимо показанных на фиг.11 могут освобождаться от морской воды для достижения предпочтительного баланса гравитационных сил и сил плавучести гравитационного фундамента. Например, некоторые или все нижние камеры в наклонных подпорах и подошвах могут быть опустошены, в то время как расположенные выше камеры остаются заполненными.
[077] При нейтральном балансе между гравитацией и плавучестью гравитационный фундамент может быть осторожно поднят над морским дном или опущен на морское дно. Если плавучесть гравитационного фундамента значительно больше силы тяжести, гравитационный фундамент может иметь тенденцию к слишком быстрому подъему, что может привести к повреждению гравитационного фундамента и другим нежелательным последствиям. Точно так же, если сила тяжести намного больше плавучести, гравитационный фундамент может погрузиться слишком быстро, что может привести к повреждению гравитационного фундамента и другим нежелательным последствиям.
[078] Для предотвращения опрокидывания может быть предпочтительным удерживание центра тяжести гравитационного фундамента как можно ниже. Таким образом, может быть предпочтительным откачивать морскую воду из гравитационного фундамента начиная с верхних камер переходя к нижним. Точно так же, может быть предпочтительным заполнение в первую очередь самых нижних камер с постепенным переходом к верхним. Такой подход показан на фиг.9-12. Однако согласно другим вариантам выполнения морская вода может быть добавлена в камеры или удалена из камер в другой последовательности или по другому шаблону, такому как с постепенным заполнением всех камер одновременно. Альтернативные шаблоны или последовательности заполнения и освобождения могут обеспечить другие преимущества в отношении распределения сил и напряжений, управления моментом инерции, и т.п..
[079] На фиг.12 показан гравитационный фундамент 10, у которого все камеры для текучей среды выше фундаментных секций 12 опустошены, причем на чертеже показан гравитационный фундамент 10 в плавучем положении с уровнем 238 моря примерно на уровне верхних поперечных элементов 48. В указанном положении гравитационный фундамент 10 можно буксировать по морю, например, для перемещения на новое место бурения, где гравитационный фундамент может быть опущен на морское дно путем заполнения внутренних камер морской водой. Горизонтальные линии 234 и 236 указывают примеры нижней и верхней границ, соответственно, диапазона возможных уровней осадки для буксирования гравитационного фундамента по морю. Например, нижний уровень 234 может соответствовать положению, в котором все или почти все внутренние камеры освобождены или почти освобождены от текучей среды, так что гравитационный фундамент имеет малую осадку, при которой уровень моря примерно достигает вершин фундаментных секций 12, и все еще сохраняет достаточную устойчивость. И наоборот, гравитационный фундамент имеет большую осадку, при которой верхний уровень 236 соответствует положению, в котором текучей средой заполнен максимальный объем внутренних камер, а уровень моря примерно достигает кессонной секции 18, и все еще сохраняет плавучесть. Во время буксирования гравитационного фундамента уровень жидкости в различных камерах может быть различным. Например, при отсутствии волнения и сильного ветра гравитационный фундамент может быть поднят выше из воды для уменьшения сопротивления во время буксирования. Напротив, при сильном ветре и/или сильном волнении гравитационный фундамент может быть опущен ниже в воду для увеличения его устойчивости во время буксирования. В условиях тяжелого льда гравитационный фундамент также может быть опущен глубже в воду облегчения прохождения среди льда более узкой скругленной кессонной секции.
[080] Таким образом, уровень осадки гравитационного фундамента 10 может быть выбран для соответствия конкретным условиям при сохранении гидродинамической и гидростатической устойчивости. В качестве другого примера, при буксировании в неглубоких водах гравитационный фундамент может быть поднят из воды путем закачивания меньшего количества текучей среды во внутренние камеры, а при буксировании в глубоких водах и/или водах с большими образованиями льда на поверхности гравитационный фундамент может быть опущен в море путем закачивания большего количества текучей среды во внутренние камеры. Штриховая линия 242 показывает пример соединения гравитационного фундамента с буксиром или другим буксирующим судном посредством буксирного троса. Место присоединения буксирного троса может быть выбрано таким образом, что буксировочные силы приложены рядом с центром тяжести или другой центральной точкой гравитационного фундамента для устранения чрезмерного крена или вращения гравитационного фундамента и таким образом избежания повреждения гравитационного фундамента.
[081] Независимо от уровня осадки буксировочное усилие должно преодолевать сопротивление потока воды, морского льда и других факторов окружающей среды. Благодаря округлой форме кессонной секции 18, открытым наклонным секциям 14 и разнесенным фундаментным секциям 12, указанные силы, действующие на гравитационный фундамент, могут быть существенно уменьшены при любой осадке. Кроме того, образования льда на поверхности могут быть разбиты другими судами перед проходом буксируемого гравитационного фундамента для дополнительного уменьшения буксировочного сопротивления.
[082] На фиг.13 показана схема примера системы 250 для регулирования уровней текучей среды и газа внутри камер гравитационного фундамента. Показанные на чертеже две камеры имеют внешнюю стенку 252 и разделитель 254, который разделяет две камеры и изолирует камеры друг от друга и от среды. Каждая из камер может быть частично заполнена текучей средой 258 (например морской водой или углеводородами) и частично заполнена газом 256 (например воздухом). Каждая камера может содержать гидронасос 260, расположенный у основания камеры и соединенный по меньшей мере с одним клапаном (например обратным или проточным клапаном 262 и разгрузочным клапаном 264), выполненным с возможностью удаления жидкости 258 из камеры через выходное отверстие 266 например в море или другую камеру. Каждая камера также может иметь впускной клапан 268 для морской воды, который пропускает морскую воду в камеру, например, из моря или другой камеры. Насос 260 и впускной клапан 268 могут использоваться вместе для управления объемом жидкости в камере. Клапан 270 может соединять расположенные рядом камеры для обеспечения возможности перемещения жидкости между ними, например, для поддерживания одинаковых уровней жидкости в расположенных рядом камерах. По меньшей мере один газовый или выпускной клапан 272 может быть соединен с верхней частью камер для обеспечения возможности выхода газа из камер через выходные отверстия 276, например, в окружающую атмосферу или в другую камеру. По меньшей мере один впускной клапан 274 для газа также может быть соединен с верхней частью камер для впуска газа в камеры, например, из источника сжатого воздуха или из другой камеры. Дополнительный клапан 280 может быть соединен с газопроводами, ведущими от расположенных рядом камер, для обеспечения равномерного распределения давления газа между камерами.
[083] Предпочтительно клапаны являются дистанционно-управляемыми. Например, каждый из них может быть электрически соединен с контроллером и может реагировать на управляющий сигнал, сгенерированный в ответ на сигналы от контроллера, для открывания и/или закрывания указанного клапана. Клапаны также могут быть выполнены с возможностью управления в ответ на вручную (например активацией переключателя) сгенерированные управляющие сигналы. Средства управления могут быть запрограммированными для установления желательной последовательности активации клапана для заполнения или опустошения камер для всплытия или погружения гравитационного фундамента.
[084] Камеры могут находиться в жидкостной связи друг с другом, так что одиночный клапан может заполнять или опустошать все камеры одновременно. Клапан может разделять указанные камеры для выборочного сообщения между ними таким образом, чтобы они не заполнялись или опустошались одновременно.
[085] Согласно другим вариантам реализации гравитационный фундамент может содержать по меньшей мере одну централизованную насосную систему, которая дистанционным способом заменяет работу локальных насосов 260 в каждой камере. Указанная централизованная насосная система может иметь по меньшей мере один насос, расположенный в центральной части гравитационного фундамента, и может быть соединена с каждой камерой посредством трубопровода. Точно так же, источник сжатого газа может быть централизован и соединен с каждой камерой посредством трубопровода. Это может увеличить пригодный для использования объем в каждой камере и уменьшить общий вес и стоимость газовой и жидкостной насосных систем.
[086] Согласно некоторым вариантам реализации гравитационный фундамент также может содержать систему трубопроводов и механизированное оборудование, выполненное с возможностью закачивания и/или откачивания воды или воздуха в нижние части фундаментных секций 12 гравитационного фундамента для установления его контакта с морским дном или его отделения от морского дна. Такая система может способствовать равномерному распределению сил сцепления нижней стороны фундаментных секций 12 во время установки на грунт фундамента при локальном нарушении устойчивости материала поверхности морского дна. Такая же или подобная система также может быть использована перед всплытием для освобождения конструкции от грунта путем рыхления уплотненного грунта, разрушающих всасывания и/или нагнетания давления в области между фундаментными секциями 12 и морским дном. Указанные условия могут встретиться при размещении фундамента на относительно мягких вязких грунтах, в частности если используется фундамент, оснащенный юбкой, расположенной ниже фундаментных секций 12, как например в варианте реализации, показанном на фиг.14 и 15.
[087] На фиг.14 показан вид снизу части одной фундаментной секции 12, показывающий юбку 300, прикрепленную к нижней стороне подошв 30. На фиг.15 показан разрез вида сбоку, показывающий юбку 300, взаимодействующую с морским дном. Указанная юбка может содержать камеры или отсеки(некоторые из них обозначены позиционным номером 310 на фиг.14), в этом примере открытых в нижнем направлении. В одном конкретном примере нижняя сторона фундаментных секций 12 может содержать поперечные корпусные элементы, такие как горизонтальные опорные пластины 302, которые также могут формировать нижние стенки одной или больше камер для текучей среды внутри гравитационного фундамента. Юбка 300 может содержать выступы, такие как вертикальные стенки, которые проходят в нижнем направлении от фундаментных секций 12. Указанные выступы могут формировать решетчатую структуру из пересекающихся пластин, которое образуют ряд открытых камер 310, расположенных на нижней стороне гравитационного фундамента 10, как показано на фиг.14. Согласно некоторым вариантам реализации пересекающиеся стенки могут быть перпендикулярны друг другу и могут формировать прямоугольные или квадратные отсеки. Согласно другим вариантам реализации указанные стенки могут формировать треугольные или имеющие другую форму отсеки. Если гравитационный фундамент 10 находится на месте на морском дне 230, как показано на фиг.15, юбка 300 может врезаться в почву и закрывать камеры 310, образованные между почвой, юбкой 300 и нижней поверхностью фундаментной секции 12.
[088] Гравитационный фундамент 10 дополнительно может содержать трубопроводную сеть, показанную на фиг.15, которая содержит магистральные трубы 304, в этом примере расположенные над опорной пластиной 302 внутри фундаментных секций 12. Указанные магистральные трубы могут быть соединены к водяным и/или воздушным насосами и с проходящими в нижнем направлении патрубками 306, которые проходят от магистральных труб 304 сквозь опорную пластину 302 в отсеки 310. Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере один патрубок 306 может проходить в каждый из отсеков 310 (как показано на фиг.14), а согласно некоторым вариантам реализации в каждый отсек 310 могут проходить два или больше патрубков (как показано на фиг.15). Патрубки 306 могут содержать по меньшей мере одно выходное отверстие 308, такое как форсунка, которое может быть расположено ниже опорной пластины 302. По меньшей мере одно выходное отверстие 308 может быть расположено ниже уровня почвы, и/или по меньшей мере одно выходное отверстие 308 может быть расположено выше уровня грунта. Через выходные отверстия 308, патрубки 306 и магистральные трубы 306 могут быть поданы морская вода и/или воздух для разрушения грунта 230 и/или управления давлением в отсеках 310 между грунтом 230 и опорной пластиной 302. Магистральные трубы 304 могут быть выполнены в форме петлевой или кольцевой конструкции для соединения патрубков вместе.
[089] В одном примере, как показано на фиг.14, патрубки 306 могут быть сгруппированы в расположенных рядом углах отсеков 310 для упрощения прокладки трубопроводных систем внутри фундаментной секции 12. Согласно другим вариантам реализации патрубки 306 могут быть расположены иначе.
[090] Перед отрывом гравитационного фундамента 10 от морского дна воздух и/или вода могут быть удалены из выходных отверстий 308 для облегчения освобождения юбки 300 и фундаментных секций 12 от морского дна 230. Сжатый воздух и/или вода могут разбивать грунт на частицы и способствовать отделению остатков грунта, прилипших к юбке во время отрыва. Кроме того, удаленный воздух и/или вода могут увеличить давление в отсеках 310 для устранения засасывания юбки морским дном и уменьшения трения между юбкой и грутном во время отрыва.
[091] Во время установки гравитационного фундамента 10 на морское дно воздух и/или вода также могут быть выпущены из выходных отверстий 308 для предварительной подготовки морского дна, такой как выравнивание и/или разрыхление грунта, и таким образом может быть облегчено внедрение юбки 300 в морское дно или ее расположение на морском дне. Кроме того, во время установки на грунт вода может быть извлечена из отсеков 310 посредством выходных/входных отверстий 308. Извлеченная вода может быть размещена в камерах в гравитационном фундаменте и/или может быть выпущена в другие участки моря. Извлечение воды из отсеков 310 во время установки на грунт может снизить потенциально высокое давление, сформированное в отсеках при погружении юбки 300 на морское дно, и уменьшить объем отсеков. Согласно некоторым вариантам реализации для всасывания и выпуска могут быть использованы различные отверстия 308. Также могут использоваться различные конструкции сливной трубы.
[092] В настоящем описании описаны некоторые аспекты, преимущества и новые признаки изобретения. Описанные устройства, системы и способы не должны рассматриваться как ограничение. Напротив, настоящее раскрытие распространяется на все новые и неочевидные признаки и аспекты различных описанных вариантов реализации, рассматриваемых как по отдельности, так и в различных комбинациях и подкомбинациях друг с другом. Описанные варианты реализации не ограничиваются конкретными аспектами или признаками или их комбинацией и не требуют достижения любого по меньшей мере одного конкретного преимущества или решения любой по меньшей мере одной конкретной задачи.
[093] Несмотря на то что в целях наглядности изложения некоторые из раскрытых способов описаны в конкретном порядке следования этапов, следует понимать, что такой способ описания включает перестановку этапов, если на конкретный порядок этапов нет прямого указания. Например, порядок этапов, описанных последовательно, в некоторых случаях может быть изменен, или указанные этапы могут быть выполнены одновременно. Кроме того, в целях облегчения понимания приложенные чертежи могут не показывать различные варианты использования описанных выше способов в сочетании с другими способами. Кроме того, при описании способов в описании иногда используются термины "определяют" и "обеспечивают". Эти термины представляют собой абстракции высокого уровня фактически выполняемых действий. Фактические действия, которые соответствуют указанным терминам, могут изменяться в зависимости от конкретного варианта реализации и понятны специалистам.
[094] Использованные в настоящем описании термины "один" и "по меньшей мере один" охватывают один или более указанных элементов. Таким образом, если присутствуют два конкретных элемента, то один из этих элементов также присутствует, и таким образом присутствует любой из этих элементов. Термины "несколько" и "множественный" означают по меньшей мере два из указанных элементов.
[095] Использованный в настоящем описании термин "и/или" между последними двумя элементами из списка элементов означает любой один элемент или любые несколько элементов из перечисленных элементов. Например, фраза "А, В и/или С" означает "А", "В", "С", "А и В", "А и С", "В и С" или "А, В и С".
[096] Использованный в настоящем описании термин "соединенный" в целом означает механическое, химическое, магнитное или иное физическое соединение или связь и не исключает присутствия промежуточных элементов между связанными элементами, если не указано иное.
[097] Ввиду наличия многочисленных возможных вариантов реализации, к которым могут быть применены принципы описанного выше изобретения, следует отметить, что проиллюстрированные варианты реализации являются только предпочтительными примерами и не должны рассматриваться в качестве ограничения объема настоящего изобретения. Напротив, объем настоящего изобретения определен нижеследующей формулой. Таким образом, в качестве настоящего изобретения заявляется все, что включено в объем этой формулы.