МОРСКАЯ ЛЕДОСТОЙКАЯ СТАЦИОНАРНАЯ ПЛАТФОРМА
ICE-RESISTANT OFFSHORE FIXED PLATFORM

Изобретение относится к области морских конструкций, в частности к морской платформе и способу ее сооружения на шельфе замерзающих морей для добычи нефти и газа.
Известна морская платформа, в полом опорном блоке которой с использованием холодильного оборудования замораживается балластная вода, образуя искусственный «ледяной остров» (см. Мишевич В.И. и др. Разведка и эксплуатация морских нефтяных и газовых месторождений. - Недра, 1978 г., с.49-51).
Недостатком такой конструкции является необходимость насыщения платформы дополнительным холодильным и отопительным оборудованием, нерациональное использование верхних строений платформы, ограниченная глубина применения - до 22 м, нерешенность способов и технических средств последующей эксплуатации куста скважин после снятия платформы.
Известна также конструкция платформы (см. US 5186581, 16.02.93).
В части устройства в вышеуказанном патенте US 5186581 описана конструкция морской ледостойкой платформы, содержащая стационарный кессон, выполненный с донной и верхней опорной плитами, жестко связывающими между собой внутреннюю и наружную профилированную с плоскими защитными от воздействия льда элементами стенки, установленными с зазором относительно друг друга, и верхнее строение, установленное на верхней опорной плите и выполненное из технологических функциональных блоков, при этом резервуары для технологических жидкостей и продукции скважин установлены внутри кессона.
Недостатком такой платформы является то, что четырехугольная форма горизонтального сечения (ватерлинии) платформы недостаточно устойчива в части равномерной посадки на грунт, а также в части мореходных качеств при буксировке, а также сопротивления ледовым и волновым нагрузкам.
Известна морская платформа для работы в ледовых условиях (см. RU 2090699 С1, кл. Е02В 17/00, публ. 20.09.97. БИ N 28).
Недостатками данной платформы является необходимость использования свай для обеспечения устойчивости и связанные с этим дополнительные затраты при демонтаже платформы с месторождения; отсутствие на платформе нефтехранилища, технологического оборудования для первичной подготовки нефти к хранению или экспорту.
Известно также устройство (см. RU 95104974/13, публ. 20.05.1999), содержащее ледостойкий кессон с донной и верхней плитами, жестко связывающими между собой внутреннюю и наружную с защитными от воздействия льда элементами стенки, установленными с зазором относительно друг друга, и верхнее строение, установленное на верхней опорной плите и выполненное из функциональных блоков, и резервуары для жидкостей и продукции скважин, установленные внутри кессона. При осуществлении способа сооружения платформы ее выполняют с вспомогательным ледоломным козырьком, а верхнюю опорную плиту - с меньшей площадью по сравнению с площадью донной плиты. Ледоломный козырек устанавливают по внешнему контуру верхнего строения и связывают с внешней частью блоков и верхней опорной плитой. Защитные элементы выполняют в виде сегментов цилиндров вращения с коническим профилем в верхней части. Конструкция платформы позволяет снизить ледовые нагрузки и повысить устойчивость платформы.
Указанное изобретение обладает следующими недостатками:
- ледоломный козырек, установленный по внешнему контуру верхнего строения, конструктивно сложен в изготовлении и монтаже;
- конструкция платформы недостаточно устойчива на грунте.
Прототипом заявляемого устройства является морская ледостойкая стационарная платформа, состоящая из кессона, выполненного из четырех блоков с расположенными внутри резервуарами для продукции скважин и технологических жидкостей. Боковые стенки кессона двойные, выполнены из стали и заполнены бетоном. Резервуары разделены стальными конструкциями, выполненными с зазором, заполненным бетоном. На верхней опорной плите кессона расположены функциональные блоки. Платформа снабжена ледорезным поясом, ледоломным и волновым козырьками, стальной юбкой, расположенной в нижней части кессона. Ледорезный пояс размещен ниже верхней плиты кессона и выполнен из двухслойной стали, причем наружный слой выполнен из нержавеющей стали. Боковые стенки кессона выполнены с углом наклона относительно его донной плиты величиной 45-70°. Известное устройство обеспечивает круглогодичное выполнение работ в открытом море в сложных гидрометеорологических и ледовых условиях по бурению и обустройству скважин, добыче нефти и газа, временному хранению добытой нефти в больших объемах (см. RU 99107229/13, публ. 27.06.2000).
Известное изобретение имеет следующие недостатки:
1. Конструкция обладает низкими эксплуатационными характеристиками, обусловленными недостаточными характеристиками в части остойчивости («на плаву»), мореходности (при буксировке) и равномерности посадки на грунт, а также сопротивления волновым, ледовым и ветровым воздействиям. Конструкция недостаточно эффективно противостоит ледовым полям (большие углы «напирания» льда на платформу, «задирание» льда наверх), изгибным разрушениям и сбросу льда с платформы. Кроме этого, известная форма кессона способствует налипанию льда на корпус, что ведет к его разрушению.
2. Конструкция обладает низкой технологичностью. Это обусловлено тем, что платформа имеет сечение, выполненное в виде четырехугольной призмы, что вызывает необходимость использования для ее изготовления большего количества материала, а также необходимостью предварительного выравнивания дна под установку платформы. Формируемая конструкция (геометрия углов наклона) платформы относительно его донной плиты имеет значительный диапазон разброса углов боковых стенок кессона (45-70°), что вызывает дополнительные трудности при ее изготовлении, при одновременном выполнении требований исключения изгибного разрушения конструкции для сброса льда с платформы в море. А также отсутствием возможности полного демонтажа конструкции платформы после завершения периода ее эксплуатации на месторождении, отсутствием возможности полного всплытия конструкции и ее транспортировки на новое место установки. Отсутствием возможности быстрой установки на новом месторождении.
Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей использования морской ледостойкой стационарной платформы (МЛСП).
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационных характеристик и прочности конструкции, снижении материалоемкости и возможности ее многократного использования.
Повышение эксплуатационных характеристик устройства достигается:
1) предлагаемой формой стационарного кессона, выполненной в виде усеченного тетраэдра, образованного нижней донной и верхней опорными плитами, имеющими форму равностороннего треугольника и боковыми стенками, установленными под углом 60° относительно донной плиты, тем самым, снижая возможность возникновения изгибного разрушения конструкции во время эксплуатации;
2) улучшением эксплуатационных характеристик устройства в части остойчивости («на плаву»), мореходности (при буксировке) и равномерности посадки на грунт. Повышением сопротивления конструкции волновым, ледовым и ветровым воздействиям, обусловленным предлагаемой формой кессона, вследствие того, что предлагаемая форма наиболее устойчива, чем форма аналогов и прототипа;
3) усилением защитных свойств платформы от действия льда за счет угла наклона стенок 60° и тем, что лед давит на стенки корпуса платформы практически всегда «не под прямым углом», а также тем, что нижняя донная плита имеет площадь, большую по сравнению с площадью верхней опорной плиты, а также за счет подтапливания льда, скопившегося вокруг платформы, при помощи установки подогревающей трубы на уровне второго дна;
4) эффективным противостоянием конструкции платформы ледовым полям (разрезание ледовых полей и «задирание» льда наверх) и волновым воздействиям за счет установки ледоломного козырька.
Повышение технологических характеристик устройства достигается:
1) исключением необходимости в предварительном выравнивании дна под установку платформы тем, что в нижней части конструкции сформирована «юбка» треугольной формы, при помощи которой платформа врезается в дно и происходит процесс самовыравнивания ее на местности;
2) простотой изготовления такой конструкции и снижением материалоемкости за счет того, что все элементы кессона плоские;
3) возможностью многократного использования платформы за счет полного демонтажа после окончания срока эксплуатации месторождения, а также всплытия, транспортировки (буксировки) и быстрого ввода в эксплуатацию на новом месторождении, при помощи использования во втором дне цистерн главного балласта.
Указанные эксплуатационный и технологический результаты достигаются заявляемой морской ледостойкой стационарной платформой, содержащей стационарный ледостойкий кессон, нижнюю донную и верхнюю опорные плиты, боковые стенки, резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей, установленное на верхней опорной плите верхнее строение, состоящее из технологических и функциональных блоков, ледоломный козырек, установленный по всему периметру наружной поверхности кессона, и юбку, расположенную в нижней части кессона, при этом кессон выполнен в виде усеченного тетраэдра, образованного нижней донной и верхней опорными плитами, имеющими форму равностороннего треугольника, и боковыми стенками, установленными под углом наклона относительно донной плиты 60°, внутри которого установлено второе дно, разделяющее внутреннюю полость кессона на два помещения, в нижней части которого, между вторым дном и нижней донной плитой, размещены цистерны главного балласта, резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей, разделенные между собой внутренними переборками, ледоломный козырек установлен на расстоянии, равном 1/2 высоты между нижней поверхностью верхней плиты и уровнем ватерлинии, по всему периметру кессона под верхней плитой дополнительно установлены кницы, предохраняющие верхнюю плиту от провисания, при этом кессон ориентирован на месторождении в соответствии с господствующим дрейфом ледовых полей (всегда углом к встречному набегающему льду). Кроме того, кессон, выполненный в форме тетраэдра, ориентирован под углом к набегающим встречным полям льда, а боковые стенки кессона установлены с углом наклона 60° относительно донной плиты. С внешней стороны кессона, на уровне второго дна, расположена подогревающая труба для подтапливания льда, скопившегося вокруг платформы, на верхнем строении смонтирована конструкция, которая снабжает функциональные блоки верхнего строения освещением и отоплением. Кроме того, предлагаемая конструкция выполнена с возможностью полного демонтажа после выполнения работ по добыче нефти, газа и нефтепродуктов и возможностью повторного ее использования на новом месторождении, а также с возможностью всплытия конструкции путем осушения резервуаров для технологических жидкостей, продукции скважин и балласта и транспортировки ее на новое место добычи при помощи системы буксиров вследствие того, что предложенная форма кессона обладает повышенными характеристиками в части остойчивости и мореходности. Кроме того, платформа имеет возможность многократного использования.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена общая конструкция тетраэдальной МЛСП. На фиг.2 изображена предлагаемая форма конструкции кессона. На фиг.3 приведена конструкция «юбки». На фиг.4 изображены ледоломный козырек, его место установки и специфика разрушения ледового поля от соприкосновения с конструкцией и козырьком. На фиг.5 показаны углы, с которыми ледовое поле взаимодействует предлагаемой формой конструкции кессона и прототипом.
Номерами обозначены следующие позиции:
1 - стационарный кессон;
2 - нижняя донная плита;
3 - верхняя опорная плита (платформа для верхних строений);
4 - ледовый козырек;
5 - наружная стенка (боковая);
6 - внутренняя переборка;
7 - резервуары для технологических жидкостей, продукции скважин, балласта;
8 - второе дно;
9 - функциональные блоки верхнего строения;
10 - юбка для предотвращения размыва грунта;
11 - кница;
12 - горизонтальная подогревающая труба;
13 - вертикальная труба;
14 - конструкция для освещения;
15 - набегающее поле льда.
Буквами обозначены следующие величины:
h - расстояние между уровнем воды и нижней поверхностью верхней опорной плиты;
α - угол набегающего льда в конструкции прототипа;
1
2
α и α - углы набегающего льда в конструкции предлагаемой тетраэдальной формы кессона.
Устройство работает следующим образом.
Морская ледостойкая стационарная платформа содержит кессон, образованный нижней донной и верхней опорной плитами, а также боковыми стенками. На верхней опорной плите установлена платформа для верхних строений (3), на которой располагаются функциональные блоки (9). На верхнем строении монтируется конструкция (13, 14), предназначенная для освещения и отопления функциональных блоков (9). По всему периметру кессона, под платформой для верхних строений, дополнительно установлены кницы (11). По всему периметру кессона, с внешней стороны, установлен ледоломный козырек (4). Предлагаемая конструкция кессона обладает возможностью использования внутреннего объема в качестве цистерн главного балласта и цистерн для хранения продукции скважин. Внутри кессона установлено второе дно (8), разделяющее внутреннюю полость кессона на два помещения. Между вторым дном (8) и нижней донной (2) плитой размещены резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей (7). Резервуары разделены между собой внутренними переборками (6). По всему контуру кессона, с внешней стороны, на уровне второго дна (8) установлена горизонтальная труба с подогревом (12). В нижней части кессона сформирована «юбка» (10). На месторождении кессон всегда ориентирован в соответствии с господствующим дрейфом ледовых полей (всегда углом к встречному набегающему льду). Платформа имеет возможность многократного использования.
Стационарный стальной ледостойкий кессон, выполненный в форме усеченного тетраэдра (Фиг.2), нижняя донная плита (2) которого представляет собой равносторонний треугольник большего сечения, а верхняя опорная плита (3) представляет собой треугольник меньшего сечения (Фиг.2), на который опирается верхняя опорная плита (Фиг.1). Вершина тетраэдра отсечена и на ее месте расположено верхнее строение платформы (3).
Высота, на которой необходимо отсечь вершину тетраэдра (собственно высота платформы), определяется путем суммирования следующих величин: глубины водоема и высоты волнения, характерных для данного месторождения (в данном регионе), плюс необходимый запас по высоте.
Боковые стенки (5) кессона устанавливаются с углом наклона относительно донной плиты 60° для исключения возможности возникновения изгибного разрушения конструкции в процессе эксплуатации и сброса льда с платформы в море (Фиг.2 и 5).
Предлагаемая конструкция платформы исключает резкий перепад сечения по высоте конструкции кессона. Треугольная форма ватерлинии обеспечивает платформе улучшенные мореходные качества в части сопротивления движению и остойчивости на курсе (в режиме буксировки) по сравнению с аналогами и прототипом. Уширение книзу подводного объема корпуса тетраэдальной платформы обеспечивает ей улучшенные мореходные качества в части остойчивости (в режиме «на плаву») (Фиг.2).
Предлагаемая форма кессона в виде усеченного тетраэдра, по сравнению с аналогами и прототипом, обладает лучшими характеристиками в части остойчивости («на плаву»), мореходности (при буксировке) и равномерности посадки на грунте (Фиг.2), а также способна лучше противостоять волновым, ледовым и ветровым воздействиям (Фиг.5).
Предлагаемая форма кессона в виде усеченного тетраэдра (Фиг.1) исключает необходимость в предварительном выравнивании дна под установку платформы, так как в нижней части кессона формируется «юбка» (10). «Юбка» образуется условно в нижней части конструкции кессона путем поднятия донной плиты на необходимую высоту (Фиг.3). При помощи «юбки» вся конструкция врезается в дно и происходит самовыравнивание платформы на местности.
Предлагаемая форма кессона обуславливает простоту изготовления такой конструкции, т.к. все конструкции плоские, и также значительно снижает материалоемкость (Фиг.1).
Защитные (от действия льда) свойства платформы усилены за счет естественного угла наклона стенок тетраэдра (Фиг.2) и тем, что лед давит на стенки корпуса платформы практически всегда «не под прямым углом», а в вертикальной и горизонтальной плоскостях нижняя опорная плита имеет площадь, большую по сравнению с площадью верхней плиты (Фиг.5).
1
2
Набегающее поле льда давит на стенки корпуса тетраэдального кессона под углами α и α, которые в свою очередь всегда меньше угла α, под которым поле льда взаимодействует с корпусом прототипа и аналогов (Фиг.5).
Ледоломный козырек (4) установлен на половине расстояния между уровнем ватерлинии и верхней опорной плитой (3), по всему контуру кессона с внешней стороны (Фиг.4).
Ледоломный козырек (4) усиливает разлом льда (15) и препятствует «задиранию льда» до верхней опорной плиты, на которой формируется верхнее строение (Фиг.4).
Набегающее поле льда (15) разрушается от соприкосновения с боковыми стенками (5), которые расположены под углом 60°, а оставшаяся часть льда разрушается (разламывается) от соприкосновения с ледоломным козырьком (4).
Платформа для верхних строений (3) установлена на верхней опорной плите (на месте отсечения вершины тетраэдра) для размещения на ней функциональных блоков (9).
Конструкция, предназначенная для освещения и отопления (13,14) функциональных блоков (9), монтируется на верхнем строении (3).
Кницы (11) устанавливаются по всему периметру кессона, под платформой для верхних строений (3) для исключения возможности провисания верхнего строения.
Внутренний объем кессона используется для размещения цистерн главного балласта и цистерн хранения продукции скважин (7).
Второе дно (8) установлено внутри кессона и разделяет внутреннюю полость кессона на два помещения.
Цистерны главного балласта, резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей размещаются между вторым дном (8) и нижней донной плитой (2).
Внутренние переборки (6) установлены в нижнем помещении внутреннего объема кессона для разделения резервуаров (7) между собой.
Горизонтальная труба с подогревом (12) установлена по всему контуру кессона, с внешней его стороны, на уровне второго дна (8) для с целью дополнительного подтапливания льда, скопившегося вокруг платформы, при помощи использования попутного газа, что способствует усилению защитных свойств платформы от действия льда.
Тетраэдальная морская ледостойкая стационарная платформа (Фиг.1) имеет возможность многократного использования. Многократное использование платформы заключается в выполнении следующих операций: полный демонтаж и всплытие конструкции, транспортировка ее на новое месторождение, позиционирование на новом месторождении, пусконаладка и ввода ее в эксплуатацию.
Полный демонтаж конструкции осуществляется после завершения работ по добыче нефти и газа на данном месторождении.
Операция всплытия конструкции необходима для осуществления транспортирования платформы на новое месторождение. Всплытие конструкции происходит путем осушения цистерн главного балласта и резервуаров для технологических жидкостей и продукции скважин (7).
Затем производится операция по транспортировке платформы, т.е. перемещение платформы при помощи системы буксиров на новое место добычи, вследствие того, что кессон, выполненный в форме усеченного тетраэдра, обладает повышенными характеристиками в части остойчивости и мореходности, по сравнению с аналогами и прототипом.
На новом месторождении кессон, выполненный в виде тетраэдра (Фиг.1), ориентируется с учетом господствующего дрейфа льда в данном регионе, всегда углом к встречному набегающему льду. Производится операция позиционирования платформы. Затем кессон притапливается путем заполнения цистерн главного балласта (7) и без предварительного выравнивания дна, при помощи «юбки» происходят врезание и самовыравнивание кессона на новом месте добычи.
После этого производится операция пусконаладки платформы и ввода ее в эксплуатацию.