УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ, УСТАНОВКИ И ДЕМОНТАЖА ПАЛУБЫ НЕФТЯНОЙ ПЛАТФОРМЫ И СПОСОБЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
DEVICE TO CARRY, MOUNT AND DISMANTLE OIL PLATFORM DECK, AND METHODS OF ITS APPLICATION

Изобретение относится к устройству для транспортировки, установки и демонтажа палубы морской нефтяной эксплуатационной платформы и к способам транспортировки, установки и демонтажа палубы указанной платформы.
В области нефтедобычи известна установка над нефтяным месторождением нефтяной платформы, содержащей палубу с расположенными на ней, в частности, добывающим оборудованием и жилыми помещениями.
Палуба поддерживается конструкцией основания, образованной опирающимися на морское дно опорами или плавучей колонной, закрепленной анкерными элементами на морском дне.
Известны несколько способов транспортировки, установки и демонтажа палубы нефтяной платформы.
Один из известных способов состоит в использовании установленных на баржах подъемных кранов для переноса палубы платформы с транспортной баржи на конструкцию основания. Этот способ, являющийся до настоящего времени наиболее распространенным, имеет свои ограничения. Первым из этих ограничений является грузоподъемность подъемных кранов, которая может потребовать выполнения палубы из нескольких элементов, что значительно повышает стоимость ее изготовления, установки и демонтажа. Второе ограничение состоит в том, что данный способ может осуществляться при наличии достаточно длительного благоприятного погодного периода, чтобы эту операцию можно было осуществить в море в нормальных условиях.
Другой способ состоит в установке палубы нефтяной платформы в виде одного блока на конструкцию основания путем ее перемещения на плаву. После этого палубу размещают на этой конструкции основания либо посредством системы балластировки, либо посредством механической системы.
Основным недостатком систем балластировки или разбалластировки является то, что они зависят от погодных условий на море, что затрудняет их применение в зонах, где благоприятные погодные периоды относительно коротки.
Как правило, механические системы, используемые до настоящего времени для осуществления установки и демонтажа палубы нефтяной платформы, являются более оперативными, чем системы балластировки и разбалластировки.
Кроме того, из документа FR 837461 известно устройство для транспортировки, установки и демонтажа палубы стационарной нефтяной платформы, содержащее плавучий корпус U-образной формы, оборудованный по меньшей мере, тремя подъемными фермами для перемещения этого корпуса, выполненными с возможностью опоры на морское дно, и челнок, выполненный с возможностью перемещения вдоль указанных ферм при помощи корпуса и предназначенный для подведения к нижней стороне палубы нефтяной платформы.
Во время установки или демонтажа палубы платформы фермы опускаются, приходя в положение опоры на морское дно, и палуба поднимается при помощи челнока, который, в свою очередь, поднимается при помощи корпуса.
Для нефтяных месторождений на больших глубинах этот тип конструкции нельзя использовать для установки или демонтажа палубы нефтяной платформы, поскольку фермы должны находиться в контакте с дном для подъема палубы, что для таких месторождений невозможно.
Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков за счет создания конструкции, позволяющей осуществлять транспортировку, установку или демонтаж палубы стационарной или плавучей нефтяной платформы как на мелководье, так и на глубоководье.
Указанная задача решается тем, что устройство для транспортировки, установки и демонтажа палубы морской эксплуатационной нефтяной платформы содержит:
- плавучий корпус, снабженный фермами, выполненными с возможностью вертикального перемещения по отношению к находящемуся на плаву корпусу посредством механизмов перемещения, и
- соединенный с каждой из указанных ферм челнок, предназначенный для подведения к нижней стороне палубы и выполненный с возможностью перемещения при помощи соответствующей фермы между нижним положением на корпусе и верхним положением подъема палубы платформы, при этом каждый челнок снабжен средствами стопорения на соответствующей ферме.
Согласно частным вариантам выполнения:
- каждый механизм перемещения содержит две противоположные накладки, установленные на соответствующей ферме и содержащие, каждая, на боковой стороне ряд зубьев, и по меньшей мере два противоположных узла, установленных на корпусе и образованных, каждый, приводимой во вращение шестерней, взаимодействующей с одним из рядов зубьев;
- на уровне каждой фермы корпус содержит средства направления соответствующего челнока соответственно между нижним и верхним положениями;
- каждый челнок образован корпусом, содержащим расположенную по существу параллельно соответствующей ферме вертикальную часть, сверху которой перпендикулярно ей установлена плита с проемом, имеющим форму, соответствующую форме поперечного сечения фермы, а снизу - горизонтальная подошва опоры для палубы;
- на плите каждого челнока установлены средства стопорения;
- средства стопорения каждого челнока содержат по меньшей мере одну контррейку, выполненную с возможностью перемещения при помощи по меньшей мере одного привода между откинутым положением и положением блокировки, в котором контррейка сцеплена с одним из рядов зубьев соответствующей фермы;
- средства направления челнока каждой фермы содержат две стойки, расположенные по существу параллельно соответствующей ферме, и два прохода, выполненные в подошве указанного челнока, при этом форма сечения каждого прохода соответствует поперечному сечению соответствующей стойки;
- корпус имеет по существу U-образную форму,
- плавучий корпус U-образной формы содержит две соединенные между собой центральной ветвью боковые противоположные и параллельные ветви, каждая из которых поддерживает по меньшей мере одну ферму;
- две боковые ветви и центральная ветвь выполнены плавучими;
- центральная ветвь выполнена с возможностью изменения длины в зависимости от ширины палубы;
- две боковые ветви образованы двумя поплавками, а центральная ветвь образована поперечной балкой, установленной на указанных боковых ветвях, выполненных с возможностью перемещения со скольжением на указанной балке в зависимости от ширины палубы;
- на уровне своей открытой части корпус содержит ворота, образованные двумя противоположными участками балки, каждый из которых выполнен с возможностью перемещения со скольжением на поплавке между открытым положением для позиционирования по меньшей мере одной опорной колонны под палубой и закрытым положением во время транспортировки указанной палубы.
Объектом настоящего изобретения является также способ транспортировки и установки палубы нефтяной платформы в месте эксплуатации, содержащий следующие этапы, на которых:
- перемещают палубу платформы при помощи плавучего транспортного средства до плавучего устройства, содержащего корпус U-образной формы с фермами, выполненными с возможностью вертикального перемещения относительно находящегося на плаву корпуса, и челнок, соединенный с каждой фермой и выполненный с возможностью перемещения при помощи соответствующей фермы,
- подводят плавучее устройство под палубу,
- опускают фермы,
- стопорят каждый челнок на соответствующей ферме,
- укладывают палубу на челноки и отводят транспортное средство,
- приподнимают палубу при помощи челноков и ферм, при этом корпус остается на плаву,
- перемещают поддерживающее палубу устройство для перемещения этой палубы в положение над ее опорой,
- опускают челноки при помощи ферм для укладки палубы на ее опору,
- опускают фермы и челноки для отсоединения палубы от устройства,
- удаляют конструкцию от места эксплуатации палубы.
Объектом настоящего изобретения является также способ демонтажа и транспортировки палубы нефтяной платформы от места эксплуатации до плавучего транспортного средства, содержащий следующие этапы, на которых:
- перемещают к месту эксплуатации плавучее устройство, содержащее корпус U-образной формы с фермами, выполненными с возможностью вертикального перемещения относительно находящегося на плаву корпуса, и челнок, соединенный с каждой фермой и выполненный с возможностью перемещения при помощи соответствующей фермы,
- опускают фермы,
- стопорят каждый челнок на соответствующей ферме,
- приподнимают палубу над ее опорой при помощи челноков и ферм, при этом корпус остается на плаву,
- поднимают поддерживающую палубу конструкцию, чтобы снять палубу с ее опоры,
- заводят транспортное средство в устройство и под палубу,
- опускают челноки при помощи ферм, чтобы уложить палубу на транспортное средство,
- опускают фермы и челноки для отделения палубы от устройства,
- удаляют палубу от устройства при помощи транспортного средства.
Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показана плавучая нефтяная платформа в положении эксплуатации, вид спереди;
на фиг.2 и 3 схематично показано устройство для транспортировки, установки и демонтажа в соответствии с настоящим изобретением в положении приема палубы нефтяной платформы и в положении установки этой палубы соответственно, вид в перспективе;
на фиг.4 схематично показан челнок, вид в перспективе;
на фиг.5 частично показаны механические средства перемещения фермы устройства, вид в вертикальном разрезе;
на фиг.6 - разрез по линии 6-6 на фиг.5;
на фиг.7 схематично показаны средства стопорения челнока, вид в вертикальном разрезе;
на фиг.8А-8Е схематично показаны различные этапы транспортировки и установки платформы при помощи устройства в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.9 показан вариант выполнения устройства, вид сбоку;
на фиг.10 схематично показан вариант выполнения устройства для транспортировки, установки и демонтажа в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе;
на фиг.11 и 12 показано перемещение запорных ворот для закрывания передней части устройства, изображенного на фиг.10, виды в перспективе.
В целом изобретение можно применять для любого типа стационарной или плавучей нефтяной платформы, находящейся на глубоководье или на мелководье.
Далее описана плавучая платформа для нефтедобычи на глубоководье.
Как схематично показано на фиг.1, плавучая нефтяная платформа, обозначенная общей позицией 1, обычно содержит палубу 2 с добывающим оборудованием и обычными жилыми помещениями. Эту палубу 2 устанавливают на опорной колонне, образующей поплавок, которую крепят на морском дне (не показано) при помощи анкерных тросов 4.
Для обеспечения транспортировки, установки (ввода в эксплуатацию) и демонтажа (вывода из эксплуатации) палубы 2 нефтяной платформы 1 от транспортного средства 5 (фиг.8А), например от баржи, до опорной колонны 3 или наоборот используют устройство, обозначенное общей позицией 10 и показанное на фиг.2 и 3.
На этих фигурах общие размеры устройства 10, а также пропорции между различными элементами, образующими его конструкцию, не соблюдены, чтобы упростить прочтение чертежа.
Устройство 10 содержит плавучий корпус 11 U-образной формы, содержащий две параллельные и противоположные боковые ветви 11а, соединенные между собой центральной ветвью 11b. Боковые ветви 11а и центральная ветвь 11b являются плавучими. На корпусе 11 расположены фермы 12, выполненные с возможностью вертикального перемещения относительно корпуса 11. В примере выполнения, показанном на фиг.2 и 3, корпус 11 снабжен четырьмя фермами 12, расположенными парами на каждой боковой ветви 11а корпуса 11.
Как показано на фиг.2, 3 и 5, в данном варианте выполнения каждая из ферм 12 имеет треугольное сечение. Эти фермы 12 могут также иметь квадратное или круглое сечение.
Обычно каждая ферма 12 состоит из трех поясов 14, соединенных между собой решеткой из металлических балок 15 (фиг.6), и связана с механическими средствами перемещения, обозначенными общей позицией 20 (фиг.2, 3 и 5). Механические средства 20 перемещения установлены в несущем каркасе 16 (фиг.5), называемом также специалистами «порталом подъемника», который закреплен на корпусе 11.
Как показано на фиг.5 и 6, механические средства 20 перемещения каждой фермы 12 содержат две противоположные накладки 21, каждая из которых установлена на поясе 14 соответствующей фермы 12 и содержит на боковой стороне ряд зубьев 22, образующих на двух поясах 14 двойную зубчатую рейку. Механические средства 20 перемещения содержат несколько узлов 25, распределенных по обе стороны от каждой накладки 21 по ее высоте. Каждый узел 25 содержит мотор-редуктор 26, обеспечивающий вращение шестерни 27, которая зацепляется с рядом зубьев 22 соответствующей накладки 21. В варианте выполнения, показанном на фиг.5 и 6, два ряда зубьев 22 накладок 21 связаны с шестью шестернями 27, каждая из которых приводится во вращение мотор-редуктором 26.
Устройство 10 содержит также соединенный с каждой из ферм 12 челнок, обозначенный общей позицией 30, выполненный с возможностью перемещения при помощи соответствующей фермы 12 между нижним положением опоры на корпус 11, как показано на фиг.2, и верхним положением, как показано на фиг.3. Челноки 30, соединенные с фермами 12, перемещаются одновременно с указанными фермами.
Как показано на фиг.4, каждый челнок 30 образован корпусом 31, содержащим вертикальную часть 32, по существу параллельную поясам 14 соответствующей фермы 12. В примере выполнения, показанном на фиг.2-4, вертикальная часть 32 образована двумя вертикальными параллельными балками 32а.
Сверху вертикальной части 32 по существу перпендикулярно к ней расположена плита 33, а снизу - горизонтальная подошва 35 для удерживания палубы 2 платформы 1, что будет описано ниже.
В плите 33 выполнен проем 34, форма которого совпадает с формой поперечного сечения соответствующей фермы 12, в данном случае - треугольная форма. Плита 33 соединена с подошвой 35 балками жесткости.
Каждый челнок 30 оборудован средствами 40 стопорения на соответствующей ферме 12.
Как показано на фиг.7, эти средства 40 стопорения образованы по меньшей мере одной контррейкой 41, предпочтительно по меньшей мере одной контррейкой 41 для каждой накладки 21. Контррейка 41 выполнена с возможностью перемещения посредством по меньшей мере одного привода 42, предпочтительно - двух приводов 42, например, гидравлических или пневматических силовых цилиндров, перемещающих контррейку 41 между откинутым положением и положением блокировки, т.е. сцепления с одним из рядов зубьев 22 соответствующей фермы 12. Узел, образованный контррейкой 41 и приводами 42, установлен на плите 33 каждого челнока 30.
Корпус 11 на уровне каждой фермы 12 содержит направляющие средства 50 соответствующего челнока 30 для обеспечения возможности его перемещения между двумя положениями: нижним (фиг.2) и верхним (фиг.3).
Как показано на фиг.2 и 3, направляющие средства 50 челнока 30 каждой фермы 12 содержат две вертикальные стойки 51, расположенные по существу параллельно соответствующей ферме 12. Каждая стойка 51 взаимодействует с проходом 52, выполненным в подошве 35 челнока 12, и каждый из этих проходов 52 имеет форму, соответствующую форме сечения соответствующей стойки 51. Обе стойки 51 соединены между собой соединительной плитой 53, расположенной по существу перпендикулярно к указанным стойкам 51 и содержащей центральный проход 54 (фиг.3), форма которого соответствует форме поперечного сечения соответствующей фермы 12, в данном случае форма является треугольной. Соединительная плита 53 удерживает в нужном направлении соответствующую ферму 12.
Во время перемещения челнока 30 между нижним и верхним положениями при помощи фермы 12 подошва 35 челнока 30 направляется стойками 51, а в нижнем положении, показанном на фиг.2, плита 31 челнока 30 опирается на верхний конец каждой стойки 51.
Согласно предпочтительному варианту выполнения длину центральной ветви 11b корпуса 11 можно регулировать в зависимости от ширины палубы 2 нефтяной платформы 1. Для этого данная центральная ветвь 11b может состоять из двух участков, между которыми можно установить один или несколько промежуточных участков 11с с целью изменения длины этой центральной ветви 11b.
Транспортировку и установку палубы 2 на месте эксплуатации осуществляют при помощи устройства 10 следующим образом.
Устройство 10 подводят на плаву к месту эксплуатации с поднятыми фермами 12 во избежание торможения при перемещении.
Сначала, как показано на фиг.8А, плавучее транспортное средство, например баржа 5, доставляет палубу 2 платформы 1 к плавучему устройству 10. Баржа 5 заходит между двумя боковыми ветвями 11а корпуса 11, при этом фермы 12 этого корпуса 11 находятся в промежуточном положении или в полностью поднятом положении.
Затем эти фермы 12 опускают, и каждый челнок 30 стопорят на соответствующей ферме 12 по высоте подъема, но предпочтительно на верхнем конце указанной фермы. Стопорение челноков 30 на фермах 12 осуществляют, приводя в действие силовые цилиндры (приводы 42), чтобы контррейки 41 вошли в зацепление со смежными зубьями 22.
Палубу 2 укладывают на подошвы 35 челноков 30, баржу 5 балластируют и отводят. Если баржа 5 не оборудована системой балластировки, челноки 30 стопорят на фермах 12, и фермы 12 поднимают, чтобы поднять палубу 2 с баржи.
Палубу 2 приподнимают при помощи челноков 30 и ферм 12, при этом корпус 11 устройства 10 остается на плаву. Для этого приводят в действие мотор-редукторы 26 для приведения во вращение шестерен 27, которые входят в зацепление с рядами зубьев 22 накладок 21 каждой фермы 12, чтобы при помощи этих ферм переместить челноки 30 в верхнее положение подъема палубы 2, как показано на фиг.8С. Во время перемещения ферм 12 при поднятии палубы 2 с помощью челноков 30 каждый челнок 30 направляется посредством стоек 51, вставленных в проходы 52. Эти стойки 51 позволяют также удерживать подошвы 35 по существу в горизонтальном положении и препятствуют опрокидыванию челноков 30 под действием веса палубы 2. Конструкцию 10, поддерживающую палубу 2, перемещают, чтобы расположить эту палубу 2 над ее опорой, образованной опорной колонной 3.
Челноки 30 опускают при помощи ферм 12 для укладки палубы 2 на опорную колонну 3, как показано на фиг.8D. Для осуществления этой операции мотор-редукторы 26 приводят в действие в обратном направлении, чтобы привести во вращение шестерни 27 и опустить фермы 12.
Во время укладки палубы на опорную колонну 3 (фиг.8D и 8Е) эта опорная колонна 3 постепенно погружается в воду за счет веса палубы 2. Фермы 12 и челноки 30 продолжают опускаться, чтобы вес палубы 2 полностью перешел на опорную колонну 3.
После укладки палубы 2 на опорную колонну 3 фермы 12 опускают, что позволяет отделить палубу 2 от устройства 10 (фиг.8Е).
После этого устройство 10 отводят от места эксплуатации.
Демонтаж и транспортировку палубы 2 от места эксплуатации до плавучего средства - баржи 5 производят путем осуществления описанных выше операций в обратном порядке.
Прежде всего корпус 11 плавучего устройства 10 подводят к месту эксплуатации и опускают фермы 12 этого корпуса 11. Челноки 30 стопорят на фермах 12, а корпус 11 перемещают, чтобы подвести опорную колонну 3 между боковыми ветвями 11а корпуса 11 и расположить челноки 30 под палубой 2.
Челноки 30 приподнимают при помощи ферм 12, используя механизмы 20 перемещения. Подошвы 35 входят в контакт с палубой 2, и палуба 2 приподнимается. Затем плавучее устройство 10, удерживающее палубу 2, перемещают, чтобы снять эту палубу 2 с опорной колонны 3. Баржу 5 проводят между боковыми ветвями 11а корпуса 11 и размещают под палубой 2. Челноки 30 опускают при помощи ферм 12, чтобы уложить палубу 2 на баржу 5, и эти фермы 12 и челноки 30 опускают, чтобы отделить палубу 2 от устройства 10, после чего эта палуба 2 оказывается на барже 5.
Затем баржу 5 с палубой 2 отводят от устройства 10.
На фиг.9 показан другой вариант выполнения устройства 10.
В этом варианте выполнения нижние концы двух смежных ферм 12, т.е. находящихся на одной боковой ветви 11а корпуса 11, содержат успокоитель 60 качки, соединяющий эти два нижних конца между собой.
На фиг.10-12 показан еще один вариант выполнения конструкции 10, при этом на фиг.10 показана задняя часть конструкции 10, а на фиг.11 и 12 - передняя часть, через которую заводят опорную колонну 3 палубы 2, что будет показано ниже.
На этих фигурах элементы, общие с предыдущими вариантами выполнения, обозначены теми же позициями.
В этом варианте выполнения устройство 10 образовано плавучим корпусом 71, который тоже имеет общую U-образную форму и содержит две боковые ветви 71а и соединяющую их центральную ветвь 71b, представляющую собой поперечную балку 71b.
Обе боковые ветви 71а образованы двумя поплавками 72а, расположенными параллельно друг другу и содержащими между собой свободное пространство, а центральная ветвь в виде поперечной балки 71b установлена на указанных боковых ветвях 71а, как показано на фиг.10. Предпочтительно поперечная балка 71b выполнена в виде решетки из труб 75, соединенных между собой продольными элементами 76.
Боковые ветви 71a конструкции 10 выполнены с возможностью перемещения со скольжением относительно друг друга на поперечной балке 71b таким образом, чтобы можно было регулировать расстояние между ними в зависимости от ширины палубы 2.
Для этого каждый поплавок, образующий боковую ветвь 71а, содержит средства 73 перемещения на поперечной балке 71b, выполненные, например, в виде узла, содержащего направляющие рельсы и известную систему шестерен и зубчатых реек (не показаны).
Кроме того, каждый поплавок 72а, образующий боковые ветви 71а, оборудован средствами стопорения (не показаны) на поперечной балке 71b, чтобы удерживать постоянный и определенный промежуток между этими боковыми ветвями 71а.
Как показано на фиг.11 и 12, на уровне своей открытой части, т.е. противоположно центральной балке 71b, корпус 71 содержит ворота, обозначенные общей позицией 80.
Эти ворота 80 образованы двумя противоположными участками 81 балки, каждый из которых выполнен с возможностью перемещения со скольжением по поплавку 72а.
Оба участка 81 балки могут перемещаться между закрытым положением, как показано на фиг.11, в котором они сближены и входят в контакт друг с другом, и открытым положением, как показано на фиг.12, в котором они освобождают вход в устройство 10 для позиционирования палубы 2 над опорной колонной 3.
Для этого каждый поплавок 72а, образующий боковую ветвь 71а корпуса 71, содержит средства 82 перемещения каждого участка 81 балки. Эти средства 82 выполнены, например, в виде узла, содержащего направляющие рельсы и систему шестерен и зубчатых реек, или в виде любого другого известного средства.
Каждый поплавок 72а содержит также средства стопорения (не показаны) соответствующего участка 81 балки в закрытом положении или в открытом положении.
Как и в предыдущем варианте выполнения, корпус 71 тоже оборудован фермами 12, выполненными с возможностью вертикального перемещения относительно корпуса 71 при помощи механизмов перемещения, и челноком 30, связанным с каждой из указанных ферм, предназначенным для подведения к нижней стороне палубы 2 и выполненным с возможностью перемещения при помощи соответствующей фермы 12 между нижним положением на корпусе 71 и верхним положением подъема палубы 2 платформы 1. При этом каждый челнок 30 оборудован средствами стопорения на соответствующей ферме 12.
Транспортировку и установку палубы 2, а также демонтаж этой палубы 2 осуществляют идентично предыдущему варианту выполнения за исключением того, что необходимо открывать или закрывать ворота 80 для укладки палубы 2 на челноки 30, а также для позиционирования опорной колонны 3 под палубой 2.
В этом варианте выполнения устройства жесткость корпуса 11 обеспечивается за счет поперечной балки 71b, образующей центральную ветвь корпуса 71, а также за счет ворот 80 в закрытом положении.
В этом закрытом положении оба участка 81 балки стопорят между собой при помощи соответствующих средств известного типа (не показаны).
Обе боковые ветви 71а, образованные двумя поплавками 72а, можно отсоединить от центральной балки 71b, что позволяет уменьшить пространство, необходимое для складирования этих ветвей.
Преимуществом конструкции в соответствии с настоящим изобретением является возможность транспортировки, установки и демонтажа палубы нефтяной платформы как на глубоководье, так и на мелководье в условиях полной безопасности.