СПОСОБ УСТАНОВКИ ВИНТОПРИСОСНОГО СВАЙНОГО ЯКОРЯ
MOUNTING OF SCREW-FIT PILE ANCHOR

Изобретение относится к способам разработки подводных, преимущественно, морских жидких и газообразных залежей, в частности к способам фиксации добычного оборудования на морском дне, посредством якорей.
Известен винтоприсосный свайный якорь для плавучих конструкций в море, преимущественно плавучих платформ для добычи нефти и/или газа, включающий полый цилиндр с наружной резьбой и установленным на резьбе ограничителем, узел стыковки якоря со стойкой, узел крепления якорной цепи, а также установленный в верхней части внутри цилиндра по его оси малый цилиндр с наружной резьбой (устье), а также выпускные клапаны. Кроме того, якорь включает сваю из колонны усиленных обсадных труб, выполненная с возможностью крепления к устью. Корпус выполнен с возможностью углубления в морское дно, для чего на торцевой поверхности корпуса выполнены зубья. В отверстии корпуса установлен цилиндр с резьбой на наружной поверхности для ввинчивания в морское дно. Якорь снабжен бетонируемой в скважине обсадной трубой, проходящей через резьбовой цилиндр (см. полезную модель «МОРСКОЙ АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ, ПОЛУПОГРУЖНАЯ ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ ПЛАТФОРМА, МОРСКАЯ ДОБЫЧНАЯ СТОЙКА ДЛЯ ОТКАЧКИ НЕФТИ, МОРСКАЯ ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ, ЛЕДОСТОЙКИЙ ПЛАВУЧИЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ СБОРА И ХРАНЕНИЯ НЕФТИ. ЯКОРЬ ДЛЯ ПЛАВУЧИХ КОНСТРУКЦИЙ В МОРЕ» по патенту РФ№86231, заявка: 2008135989/22, 05.09.2008).
В качестве прототипа выбран способ установки такого якоря, заключающийся во ввинчивании цилиндра в грунт до ограничителя, бурении скважины через устье, опускании в скважину колонны усиленных обсадных труб и заливке внутренней полости колонны бетоном.
Указанный способ установки и крепления винтоприсосного якоря не обеспечивает надежного удержания плавучих конструкций при сильных штормах или при столкновении с айсбергом.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности удержания плавучих конструкций относительно морского дна при штормах, столкновении с айсбергами и подвижными ледовыми полями.
Указанная задача решается за счет того, что в способе установки винтоприсосного свайного якоря путем ввинчивания цилиндра в грунт до ограничителя, бурения скважины через устье, опускания в скважину колонны усиленных обсадных труб, заливки внутренней полости колонны бетоном, согласно изобретению, нижнюю обсадную трубу предварительно снабжают продольными пропилами, перед заливкой бетона в колонну обсадных труб на расстоянии от дна скважины на 1,5-2,0 м опускают заряд и производят подрыв заряда с образованием в зоне пропилов перевернутого султана и образованием в грунте каверны, при этом бетоном также заполняется каверна.
Значительное повышение надежности крепления якоря обеспечивается созданием бетонной глыбы, размещенной внутри грунта морского дна, при этом габариты в плане бетонной глыбы значительно превосходят аналогичные габариты остальных частей якоря. При взрыве происходит разрушение нижней обсадной трубы в зоне, где выполнены продольные пропилы, труба разрывается и ее продольные элементы загибаются в стороны в виде перьев султана. Закачиваемый бетон охватывает эти загнутые продольные элементы и при застывании приобретает качество армированного металлом бетонного монолита. Кроме того, взрыв не только обеспечивает создание подземной полости, но значительно уплотняет стенки образовавшейся полости, обеспечивая получения замкнутой полости без щелей, что предотвращает излишний расход бетона.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема крепления плавучей ледостойкой буровой платформы посредством якорей, на фиг.2 - винтоприсосный якорь, на фиг.3 - винтоприсосный якорь со стойкой (сваей).
Буровая вышка 1, установленная на платформе 2, имеющей форму ледокольной юбки. Платформа 2 снабжена понтонами 3 и связана посредством цепей 4 с винтоприсосными якорями.
Якорное устройство конструктивно состоит из двух частей: винтоприсосного якоря и якорной стойки 5. Винтоприсосный якорь представляет собой полый цилиндр 6 из прочной стали, закрытый с одной стороны. На внешней поверхности цилиндра 6 имеется резьба. Диаметр цилиндра 2 м, длина 20 м. По центру, с закрытой стороны, имеется малый цилиндр 7, диаметром 0.5 м, длиной 4 метра. У нее также, на внешней поверхности, имеется резьба. С закрытой стороны имеется узел крепления 8 якорной цепи 4, резьбовой узел стыковки 9 якоря со стойкой 5, выпускные клапана 10. На конце винтоприсосного якоря накручен по резьбе ограничитель 11. Когда на дно опускается стойка 5, ограничитель 11 первым погружается в грунт и затем через него, полый цилиндр 6, ввинчивается в донный грунт.
Якорная свая 5 представляет собой колонну мощных труб, диаметром 0.35 м, длиной 100-150 м. Толщина стенок 0.07 м.
Таким образом, винтоприсосный свайный якорь включает полый цилиндр 6 с наружной резьбой и установленным на резьбе ограничителем 11, узел стыковки 9 якоря со стойкой 5, узел крепления якорной цепи 8, а также установленный в верхней части внутри цилиндра 6 по его оси малый цилиндр 5 с наружной резьбой (устье), а также выпускные клапаны 10, кроме того, имеется свая 12 из колонны усиленных обсадных труб, выполненная с возможностью крепления к малому цилиндру 7 (устью), на нижней части последней обсадной трубы сваи 12 выполнены продольные пропилы (не показаны). Длина пропила соответствует половине длины обсадной трубы.
Винтоприсосный якорь крепится к специальной стойке 5, на плавучей платформе 2. По мере монтажа стойки 5, якорь с помощью специальной механизации, опускается на дно. Как только ограничитель 11 остановится на донном грунте, стойка 5 начинает вращаться, с помощью специального ротора. Масса стойки 5 давит на якорь с определенными усилиями и помогает якорю легче вкрутиться в дно. Как только цилиндр 6 (якорь) полностью вкрутился в донный грунт, вращение прекращается. В процессе вкручивания, жидкость, попавшая в полость, между внешней поверхностью центральной трубы 7 и внутренней поверхностью главной трубы - цилиндра 6 (кольцевой зазор), эвакуируется через выходные клапана 10. При попытке поднять винтоприсосный якорь, установленный на глубине 200 м, гидростатическое давление окажет сопротивление в 600 Тс. Затем, через стойку 5, внутри которой имеется колонна технологических труб, опускается буровой инструмент и через центральный, малый цилиндр бурится скважина диаметром 0.4 м. Центральный малый цилиндр 7 в этом случае играет роль устья.
3
Скважина 16 бурится на глубину 100-150 м. Затем свая 13 так же, как колонна обсадных труб, опускается в скважину и фиксируется на устье 7. Трубы, из которых состоит свая 13, имеют длину по 10 м. Половина самой нижней трубы имеет продольные распилы по всей длине окружности через каждые 8-10 см. После того как труба опустилась в скважину, в нее опускается заряд определенной мощности. На высоте 1.5 м над дном скважины, по команде с платформы, подрывается. Избыточное давление от взрыва разрывает трубу по распилам, образуя перевернутый «султан» из стальных листьев. Взрыв также формирует в конце скважины объемную полость 13, называемую «каверной». Объем каверны 6-8 м. По опыту известно, что от избыточного давления, внутренняя поверхность каверны значительно уплотняется. После чего в сваю 12, а значит и в каверну, закачивается, под давлением бетон 12 до тех пор, пока не заполнится вся свая 13. В бетоне 12 каверны оказываются стальные листы 14 разорванной трубы. После затвердевания бетона, они образуют железобетонную глыбу 15, повторяющую объем каверны. Рекомендуется использовать для этих целей тяжелые сорта бетона, например, баритовый. Таким образом, обеспечивается надежное крепление винтоприсосного свайного якоря
Эксплуатационные характеристики винтоприсосного, свайного якоря.
Цепь 4 можно крепить к любому плавучему морскому объекту и винтоприсосный свайный якорь будет его удерживать. Вырвать свайный якорь, с железобетонной глыбой 14 на конце со 100 м глубины, не представляется возможным никакими природными стихиями, включая шторма, подвижные ледовые поля и даже арктические айсберги. Желательно использовать цепь повышенной прочности. Толщина прута звена 150 мм. Получившуюся тяжелую цепь можно облегчить баллонами 15, заполненными специальной облегчающей смесью, например, смесь битого стекла и эпоксидной смолы или другой более современной смесью. Такая цепь выдержит на разрыв более 7000 Тс. Указанная цепь может остановить арктический айсберг массой до 2 млн.т и более. Французские ученые в свое время делали математическую модель буксировки айсберга массой 7 млн.т. По их расчетам, такой айсберг должен был буксировать один буксир! А усилие в 7000 Тс могут создать лишь 20 атомных ледоколов типа «50 лет Победы», самого мощного в мире, имеющего тягу 350 Тс. Они могут совместными усилиями остановить любой, даже антарктический айсберг, что уж говорить о маленьком арктическом айсберге. К тому же скорость дрейфа арктических айсбергов крайне мала, не более нескольких см в сек, из-за отсутствия в Баренцевом море быстрых поверхностных течений. В литературе можно встретить, что скорость дрейфа арктических айсбергов 25 см в сек. Это значит, что скорость суточного дрейфа - 50 миль. Это указана самая большая скорость, которая имеет место только в районе гренландского течения. В остальной же акватории Арктики, включая Баренцево море, суточная скорость айсбергов не превышает нескольких миль. Это значит, несколько сантиметров в сек!
Винтоприсосный свайный якорь предназначен для крепления ледостойких плавучих буровых платформ на арктическом шельфе, а также в любой точке мирового океана на глубинах от 100 м и глубже, которые добывают углеводороды, например, на Штокмановском газоконденсатном месторождении.