ПЛАВУЧАЯ МОРСКАЯ ДОБЫВАЮЩАЯ ПЛАТФОРМА
OFFSHORE FLOATING PLATFORM

Настоящее изобретение относится к плавучей морской добывающей платформе, в частности, к плавучей морской добывающей платформе, конструкция которой позволяет избежать вертикального резонанса, вызываемого волнами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Плавучие морские добывающие платформы, используемые для бурения и добычи нефти или газа, находясь в море, могут испытывать бортовую, килевую и вертикальную качку, вызванную волнами, ветром и приливно-отливными течениями. Поэтому для обеспечения максимальной эффективности установленных на платформе оборудования и сооружений для добычи нефти или газа, очень важно свести такие движения к минимуму.
В последнее время была предложена плавучая морская добывающая платформа, предназначенная для добычи нефти или газа, и представляющая собой добывающую платформу типа SPAR или буй, высота которой значительно превышает ее диаметр, а также конструкция, разработанная SEVAN, диаметр которой значительно превышает ее высоту. Указанные конструкции платформ могут быть иметь корпус различной формы, в том числе цилиндрической, прямоугольной и восьмигранной, и обеспечивают устойчивость за счет центра масс, расположенного ниже центра плавучести погруженной в воду конструкции.
В отличие от корабля, плавучая добывающая платформа, например, платформы типа SPAR и буй, высота которых значительно превышает их диаметр, во избежание их бортовой, килевой и вертикальной качки имеют идеальную форму корпуса с малой площадью по ватерлинии. Однако продолговатая форма корпуса таких морских конструкций затрудняет их изготовление, транспортировку и установку, и не предусматривает их использование в качестве хранилищ.
В то же время, для обеспечения возможности использования платформы типа SPAR или буя в качестве хранилищ предлагается плавучая морская добывающая платформа цилиндрической формы, диаметр которой значительно превышает ее высоту (далее - «морская платформа типа SEVAN»). Поскольку морская платформа типа SEVAN имеет форму цилиндра, бортовая и килевая качка значительно уменьшаются.
Однако, что касается вертикальной качки морской платформы типа SEVAN, в связи с увеличением емкости хранилища увеличивается и диаметр цилиндрической конструкции, что приводит к увеличению площади по ватерлинии.
Следовательно, период собственных колебаний морской платформы типа SEVAN уменьшается и проявляет тенденцию приближения к периоду колебания волн во время экстремального волнения моря, обусловленного действием тайфуна или аномальных погодных условий, с интервалом повторения 100 и более лет. Если период собственных колебаний морской платформы типа SEVAN приближается к периоду колебания волн, возникает резонанс, обусловливающий чрезмерную вертикальную качку конструкции.
Кроме того, для предотвращения такой чрезмерной вертикальной качки необходима дополнительная система швартовки, позволяющая стабилизировать морскую конструкцию платформы типа SEVAN, однако, если сила вертикальной качки морской платформы типа SEVAN превысит расчетные параметры системы швартовки, платформа выйдет из строя.
В то же время, обычное сооружение корабельного типа или морская платформа включает в себя множество грузовых и балластных цистерн, предназначенных для хранения добытых ресурсов. В таком случае каждая цистерна оснащается погружным насосом. Дополнительные расходы обусловлены не только высокой ценой на погружной насос, но и количеством таким насосов, которыми необходимо оборудовать каждую цистерну.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Техническая проблема
Настоящее изобретение, направлено на решение описанных выше проблем и относится к плавучей морской добывающей платформе, конструкция которой, позволяет значительно уменьшить вертикальную качку в экстремальных морских условиях.
Техническое решение
Аспектом настоящего изобретения, связанного с решением описанных выше проблем, является плавучая морская добывающая платформа, используемая для бурения или добычи нефти или газа, включающая полупогружной корпус платформы в форме цилиндра, расположенный вертикально выше и ниже уровня моря. Корпус платформы имеет вогнутую часть, которая уменьшает площадь его поперечного сечения. Вогнутая часть образована дискретно на наружной периферийной поверхности корпуса платформы, при этом глубину погружения платформы регулируют таким образом, чтобы в экстремальных морских условиях ватерлиния располагалась на уровне вогнутой части.
На наружной периферийной поверхности корпуса платформы между вогнутыми частями образована(ы) выпуклая(ые) часть(и).
Корпус платформы может содержать несколько балластных цистерн, расположенных радиально на стенке и дне корпуса платформы, при этом вогнутая и выпуклая части могут быть образованы на каждой балластной цистерне, и на каждой балластной цистерне может быть предусмотрена зона, располагающаяся от ее верхней до ее нижней части прямолинейно вдоль выпуклой части.
Выпуклая часть может располагаться последовательно с балластной цистерной, граничащей с ней.
Корпус платформы может включать несколько грузовых цистерн, расположенных радиально, при этом в корпусе платформы может быть образована центральная часть, расположенная вертикально, а в нижней зоне центральной части установлены балластный насос, для перекачивания воды в балластную цистерну, и грузовой насос, для перекачивания груза в грузовую цистерну.
Корпус платформы может включать нижнюю балластную цистерну, расположенную на нижней стенке центральной части, а высота уступа между нижней балластной цистерной и каждой балластной такова, что балластный насос и грузовой насос, расположенный над нижней балластной цистерной, могут примыкать к нижней части каждой балластной цистерны и ко дну грузовой цистерны.
Корпус платформы может включать расширенную часть, предназначенную для увеличения площади поперечного сечения от грузовой ватерлинии плавучей морской буровой платформы до верхнего края корпуса платформы.
Расширенная часть может образовывать с центральной линией корпуса платформы угол 30°.
Полезные эффекты
За счет вогнутой части, уменьшающей площадь поперечного сечения корпуса платформы, и снижающей положение ватерлинии плавучей морской буровой платформы на вогнутой части в экстремальных морских условиях, настоящее изобретение увеличивает период собственных колебаний вертикальной качки платформы, что позволяет предотвратить вертикальный резонанс плавучей морской добывающей платформы, обусловленный экстремальным волнением моря.
Кроме этого, за счет выпуклой части, образованной на каждой балластной цистерне, на каждой балластной цистерне может быть предусмотрена зона, располагающаяся от ее верхней до ее нижней части прямолинейно вдоль выпуклой части, что удовлетворяет требованию конвенции СОЛАС (SOLAS).
Более того, балластный и грузовой насосы, расположенные в нижней зоне центральной части корпуса платформы, позволяют минимизировать длину труб для соединения насоса с цистерной, что приводит к максимально эффективному использованию свободного пространства. Кроме того, количество насосов можно скорректировать соответствующим образом, что позволит сократить расходы.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан вид, представляющий в общих чертах часть плавучей морской платформы, соответствующей одному из вариантов настоящего изобретения.
На фиг.2 показано поперечное сечение по линии II-II платформы на фиг.1.
На фиг.3 показано поперечное сечение по линии III-III платформы на фиг.1.
На фиг.4 показано поперечное сечение по линии IV-IV платформы на фиг.3.
На фиг.5 показана нижняя зона центральной части корпуса платформы, входящая в состав плавучей морской буровой платформы, соответствующей одному из вариантов настоящего изобретения.
ВАРИАНТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже описывается конкретный вариант осуществления настоящего изобретения с сопроводительными чертежами, при этом, идентичным или аналогичным элементам присваивается одна и та же позиция без их повторяющегося описания.
На фиг.1 показан вид сбоку платформы, представляющий в общих чертах часть плавучей морской буровой (добывающей) платформы, соответствующей одному из вариантов настоящего изобретения; на фиг.2 показано поперечное сечение по линии II-II платформы на фиг.1; на фиг.3 показано поперечное сечение по линии III-III платформы на фиг.1; на фиг.4 показано поперечное сечение по линии IV-IV платформы на фиг.3.
Плавучая морская буровая платформа 1, представленная на фиг.1, соответствующая настоящему варианту осуществления изобретения, предназначена для бурения и добычи природных ресурсов, например, нефти или природного газа, и включает в свой состав корпус платформы 10. В данном случае разбуренные или добытые природные ресурсы подразумевают не только нефть или природный газ, но также любые природные ресурсы, в состав которых входит углеводород.
Корпус платформы 10 цилиндрической формы располагается вертикально выше и ниже уровня моря. В таком случае корпус платформы 10 в поперечном сечении может иметь форму круга или многоугольника. На верхнюю поверхность корпуса платформы 10 погружается различное оборудование 2, необходимое для бурения или добычи.
Центр плавучести плавучей морской добывающей платформы 1, включающей описанный выше корпус платформы 10, расположен ниже центра масс плавучей морской буровой платформы. В таком случае, если корпус платформы 10 в поперечном сечении имеет форму круга, то диаметр (D) поперечного сечения больше глубины (Н) погружения. Если корпус платформы 10 в поперечном сечении имеет форму многоугольника, то расстояние от центра поперечного сечения до угла (многоугольника) больше глубины погружения.
На фиг.1 и 2 показан корпус платформы 10 с двойным дном и двойной боковой стенкой. Такое двойное боковое дно и двойная боковая стенка позволяют предотвратить утечку груза, находящегося внутри корпуса платформы 10, в случае повреждения корпуса платформы 10 снаружи. Свободное пространство, образованное двойным дном и двойной боковой стенкой, используется в качестве балластной цистерны.
В настоящем варианте осуществления изобретения корпус платформы 10 включает в себя несколько балластных цистерн 16, расположенных радиально. Каждая балластная цистерна 16 образована вдоль боковой части и дна корпуса платформы 10.
В настоящем варианте осуществления изобретения корпус платформы 10 включает несколько грузовых цистерн 18, расположенных радиально. В грузовой цистерне 18 хранится груз, например, нефть или природный газ, добытые с помощью добывающего оборудования, погруженного на верхнюю поверхность корпуса платформы 10.
На фиг.3 показан корпус платформы 10, выполненный с вогнутой частью 12. Следовательно, корпус платформы 10, характеризующийся постоянством площади поперечного сечения по вертикали, при наличии вогнутой части 12 имеет уменьшенную площадь поперечного сечения.
Уравнение, представленное ниже, выражает взаимосвязь между площадью поперечного сечения в плоскости ватерлинии и периодом (Т) собственных колебаний для обычного цилиндра:
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>/</mo><msqrt><mrow><mfrac><mi>C</mi><mrow><msub><mi>m</mi><mi>v</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>w</mi><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>C</mi><mo>=</mo><mi>ρ</mi><mi>g</mi><msub><mi>A</mi><mi>w</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msub><mi>m</mi><mi>v</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>M</mi><mo>+</mo><msub><mi>M</mi><mi>a</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mtext>             (1)</mtext></mrow>
w
g
где ρ - плотность воды; g - ускорение свободного падения; A - площадь поперечного сечения в плоскости ватерлинии; M - масса цилиндра; M - дополнительная масса в воде.
Данное уравнение (1) позволяет сделать вывод о том, что период собственных колебаний цилиндра обратно пропорционален площади в плоскости ватерлинии цилиндра, при этом площадь в плоскости ватерлинии - это площадь поперечного сечения цилиндра, на котором расположена ватерлиния.
Таким образом, период собственных колебаний корпуса платформы 10 становится больше в случае, если ватерлиния расположена на участке III-III, показанном на фиг.1, с образованием вогнутой части 12, а не тогда, когда ватерлиния расположена на участке II-III, показанном на фиг.1, без образования вогнутой части 12. Данное правило применяется также к плавучей морской платформе 1, в состав которой входит корпус платформы 10.
Например, в случае если ватерлиния расположена на участке II-II, показанном на фиг.1, плавучая морская буровая платформа 1 может иметь тот же самый или близкий период собственных колебаний, что и у волны, сформировавшейся в результате экстремальных морских условий.
В данном случае, под экстремальными морскими условиями подразумеваются экстремальные волны, которые по статистике наблюдаются раз в 100, 1000 или 10000 лет на территории моря, где находится плавучая морская платформа.
В таком случае, при изменении глубины погружения корпуса платформы 10, когда ватерлиния располагается на участке III-III, показанном на фиг.1, где образована вогнутая часть 12, период собственных колебаний плавучей морской конструкции 1, в состав которой входит корпус платформы 10, увеличивается, что позволяет избежать вертикального резонанса, обусловленного экстремальным волнением моря.
В данном случае во избежание вертикального резонанса, обусловленного экстремальным волнением моря, необходимо значительно уменьшить площадь поперечного сечения, где образована вогнутая часть 12, по сравнению с площадью поперечного сечения, где вогнутая часть 12 отсутствует.
В настоящем варианте осуществления изобретения вогнутая часть 12 образована дискретно на отдельных участках наружной периферийной поверхности корпуса платформы 10. На наружной периферийной поверхности корпуса платформы 10, где образована вогнутая часть 12, также образована выпуклая часть 14, чередующаяся с вогнутыми частями 12.
В настоящем варианте осуществления изобретения вогнутая часть 12 и выпуклая часть 14 образованы в каждой балластной цистерне 16. В таком случае, как видно на фиг.1, в каждой балластной цистерне 16 имеется зона, изогнутая по форме вогнутой части 12. Кроме того, как видно на фиг.4, каждая балластная цистерна 16 имеет также зону (S), располагающуюся от ее верхней до ее нижней части прямолинейно вдоль выпуклой части 14.
В соответствии с конвенцией СОЛАС (Международная конвенция по охране человеческой жизни на море), для спасения человеческой жизни в балластной цистерне должна быть предусмотрена зона, располагающаяся от ее верхней до ее нижней части. В связи с этим в каждой балластной цистерне 16 настоящего варианта осуществления изобретения образована выпуклая часть 14, и, кроме того, в каждой балластной цистерне 16 имеется зона(ы), располагающаяся(щиеся) от ее верхней до ее нижней части прямолинейно.
Кроме того, данная зона, располагающаяся от верхней до нижней части балластной цистерны 16 прямолинейно вдоль выпуклой части 14, используется в качестве канала для транспортировки различных труб, необходимых для обеспечения стабильности стояку и цистерне.
Выпуклая часть 14, описанная выше, может располагаться последовательно с граничащей с ней балластной цистерной 16, как показано на фиг.2.
На фиг.1 показан корпус платформы 10 настоящего варианта осуществления изобретения с центральной частью 20, располагающейся вертикально в указанном корпусе 10. В такой центральной части 20 располагается машинное оборудование и трубопроводы, необходимые для эксплуатации плавучей морской буровой платформы 1. Центральную часть 20 можно также использовать в качестве буровой шахты для установки стояка или другого оборудования для буровых работ.
В нижней половине центральной части 20 находится машинное отделение 22, в котором установлен балластный насос 26, предназначенный для перекачивания воды в балластную цистерну 16, и грузовой насос 28, предназначенный для перекачивания груза в грузовую цистерну 18.
Такое расположение обеспечивает максимально эффективное использование свободного пространства, поскольку позволяет соединять каждый из насосов 26, 28 с каждой из цистерн 16, 18 трубами минимальной длины.
В таком случае не обязательно, чтобы количество балластных насосов 26 совпадало с количеством балластных цистерн 16. Достаточно, чтобы используемое количество балластных насосов 26 обеспечивало возможность перекачивания воды из балластной цистерны 16.
Аналогичным образом, не обязательно, чтобы количество грузовых насосов 28 совпадало с количеством грузовых цистерн 18. Достаточно, чтобы используемое количество грузовых насосов 28 обеспечивало возможность перекачивания груза из грузовой цистерны 18.
На фиг.5 показана нижняя зона центральной части корпуса платформы, входящего в состав плавучей морской добывающей платформы, соответствующей одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения, на фиг.5 показана высота уступа, образованного между нижней балластной цистерной 17, расположенной на нижней стенке машинного отделения 22, и балластными цистернами 16, расположенными вокруг нижней балластной цистерны 17.
Производительность насоса в целом зависит от скорости потока и напора воды. Такая высота уступа обеспечивает возможность примыкания балластного насоса 26 и грузового насоса 28, расположенных внутри машинного отделения 22, к днищу балластной цистерны 16 и днищу грузовой цистерны 18, тем самым понижая напор воды. Поэтому производительность балластного насоса 26 и грузового насоса 28 сводится к минимуму.
На фиг.1 показан корпус платформы 10 настоящего варианта осуществления изобретения, включающий в себя расширенную часть 19, предназначенную для увеличения площади поперечного сечения от грузовой ватерлинии плавучей морской добывающей платформы 1 до верхнего края корпуса платформы 10. В таком случае расширенная часть 19 образует с центральной линией корпуса платформы 10 острый угол, предпочтительно 30°.
Следовательно, верхний край корпуса платформы 10 характеризуется большей площадью поперечного сечения по сравнению с частью, расположенной ниже грузовой ватерлинии корпуса платформы 10, что позволяет увеличить участок установки оборудования 2, которое погружалось на корпус платформы 10. В таком случае для удобства установки погруженного оборудования верхний край корпуса платформы 10 имеет форму круга или многоугольника.
Далее, обращаясь к фиг.1 описываются действия, направленные на предотвращение вертикального резонанса, обусловленного экстремальным волнением моря, когда плавучая морская добывающая платформа, соответствующая настоящему варианту осуществления изобретения, находится в экстремальных морских условиях.
В представленном ниже описании подразумевается, что периоды собственных колебаний плавучей морской конструкции 1 составляют 18 и 20 секунд, когда ватерлиния находится соответственно в сечении II-II (см. фиг.1) и в сечении III-III (см. фиг.1) корпуса платформы 10.
Кроме того, предполагается, что на том участке моря, где находится плавучая морская добывающая платформа 1, период колебания волн составляет 16 секунд в обычных морских условиях и 18 секунд в экстремальных морских условиях.
Во-первых, если ватерлиния расположена в сечении II-II (см. фиг.1) корпуса платформы 10 и плавучая морская буровая платформа 1 находится в обычных морских условиях, период собственных колебания указанной плавучей морской добывающей платформы составляет 18 секунд, а период колебания волн - 16 секунд. Следовательно, в плавучей морской добывающей платформе 1 вертикального резонанса не возникает.
Затем, если морские условия участка, где расположена плавучая морская добывающая платформа 1, ухудшаются и сменяются экстремальными морскими условиями, а ватерлиния по-прежнему расположена в сечении II-II (см. фиг.1) корпуса платформы 10, период собственных колебаний плавучей морской добывающей платформы 1 и период колебаний экстремальных волн совпадают и составляют 18 секунд, что создает вероятность возникновения вертикального резонанса в плавучей морской добывающей платформе 1.
Во избежание такого вертикального резонанса необходимо изменить глубину погружения плавучей морской платформы 1 до начала экстремальных морских условий таким образом, чтобы ватерлиния располагалась в сечении III-III (см. фиг.1).
В таком случае, поскольку площадь поперечного сечения участка III-III, где образована вогнутая часть, меньше площади поперечного сечения участка II-II, период собственных колебаний плавучей морской добывающей платформы 1 увеличивается с 18 секунд до 20 секунд, что отличается от 18-секундного периода колебаний экстремальных волн. Таким образом, в плавучей морской добывающей платформе вертикального резонанса не возникает.
До сих пор было представлено описание конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, однако технические решения, разработанные в рамках настоящего изобретения, не ограничиваются вариантом, описанным в настоящем документе. Кроме того, следует учесть, что любой обычный специалист в области, к которой относится настоящее изобретение, может предложить другой вариант путем дополнения, изменения, удаления и добавления элемента в составе указанных технических решений, однако такие варианты будут также принадлежать к техническим решениям, разработанным в рамках настоящего изобретения.