ЛЕДОСТОЙКАЯ МОНОПОДНАЯ САМОПОДЪЕМНАЯ ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА
ICE-RESISTANT MONOPOD SELF-RISING FLOATING DRILLING RIG

Заявляемое изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а более конкретно к конструкциям ледостойких самоподъемных плавучих буровых установок для освоения мелководного континентального шельфа.
8
Известна ледостойкая самоподъемная плавучая буровая установка (см. патент США №4451174, МПК Е02В 17/02 от 1983 г.), имеющая опорное основание, которое устанавливается на грунт, и верхний корпус с оборудованием, который имеет возможность перемещаться вверх-вниз по центральной колонне, прочно соединенной с опорным основанием. Перемещение верхнего корпуса относительно центральной колонны обеспечивается посредством специальных подъемных устройств, состоящих из дополнительных колонн, опирающихся на опорное основание, и подъемных механизмов. После подъема верхнего корпуса на заданную высоту он фиксируется на центральной колонне, а дополнительные опорные колонны поднимаются вверх. Таким образом, волновые и ледовые нагрузки действуют только на центральную колонну.
Для защиты бурящейся скважины от ледовых воздействий бурение производится через центральную колонну, а при транспортировке плавучей буровой установки буровая вышка с подвышечным основанием снимается с центральной колонны и устанавливается на палубу верхнего корпуса.
К недостаткам этой конструкции можно отнести следующее:
Кроме центральной колонны, которая рассчитана на удержание верхнего корпуса с оборудованием и технологическими запасами, а также на восприятие волновых, ветровых и ледовых нагрузок, имеются дополнительные колонны для подъема верхнего корпуса. Это требует дополнительных затрат на строительство, а также увеличивает ветровую нагрузку на всю буровую установку, когда верхний корпус и дополнительные колонны подняты.
При такой конструкции установки она может бурить только скважины с формированием устья ниже уровня дна моря, так как при надводном расположении устья скважины установка не имеет возможности сойти со скважины после окончания бурения. Формирование устья скважины ниже уровня дна моря требует специальных технологий, включая значительные объемы гидротехнических работ, создает проблемы при обслуживании устья и требует повышенных капитальных и эксплуатационных затрат.
Необходимость снятия буровой вышки с подвышечным основанием с центральной колонны и установки ее на палубу верхнего корпуса для обеспечения безопасной транспортировки буровой установки значительно усложняет конструкцию многочисленных трубопроводов и кабельных сетей, идущих на подвышечное основание, и увеличивает время, необходимое для подготовки установки к перегону. Кроме того, для снятия буровой вышки с подвышечным основанием требуется аренда плавучего крана большой грузоподъемности, что значительно увеличит эксплуатационные расходы.
8
Известна также моноподная самоподъемная плавучая буровая установка (см. патент США №4265568, МПК Е02В 17/02 от 1979 г. - прототип), имеющая устанавливаемое на грунт опорное основание, и верхний корпус с выдвижной консолью и буровой вышкой, который смонтирован с возможностью вертикального перемещения по опорной колонне ферменной конструкции, прочно соединенной с опорным основанием и выполненной в виде монопода. Перемещение верхнего корпуса относительно колонны обеспечивается механизмом подъема, смонтированным на упомянутой опорной колонне.
Недостатком прототипа является то, что опорная колонна ферменной конструкции позволяет воспринимать ветровые и волновые нагрузки, но не может обеспечить восприятие ледовых, действующих на установку одновременно с эксплуатационными нагрузками и нагрузками от собственного веса. Прочность хорды и раскосов не позволяет воспринимать усилия от ледовых образований в месте контакта из-за небольшого момента сопротивления сечения, а опорная колонна в целом не обеспечивает восприятие суммарного изгибающего момента в сечении у опорного основания из-за дефицита момента инерции опорной колонны и дефицита площади сечения хорд.
Также при совместном действии ледовых и ветровых нагрузок конструкция опорного основания не обеспечивает удержание против сдвига и опрокидывания из-за дефицита момента инерции и небольшой площади контакта опорного основания с грунтом.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции путем обеспечения восприятия действующих на установку нагрузок при бурении в замерзающих акваториях на грунтах со слабой несущей способностью.
Указанный технический результат достигается в ледостойкой моноподной самоподъемной плавучей буровой установке, имеющей опорное основание и верхний корпус с выдвижной консолью и буровой вышкой, смонтированный с возможностью вертикального перемещения посредством опорно-подъемного устройства по опорной колонне, прочно соединенной с опорным основанием, тем, что для бурения в замерзающих акваториях на грунтах со слабой несущей способностью, минимизации препятствий для движущегося льда и обеспечения восприятия всех внешних нагрузок, действующих на установку, опорная колонна установки выполнена непрозрачной, причем диаметр упомянутой опорной колонны составляет не менее 0,25 и не более 0,3 диаметра опорного основания, при этом для защиты бурящейся скважины от воздействия льда установка снабжена защитной колонной, смонтированной в пространстве под буровой вышкой с возможностью заглубления в грунт и закрепленной верхним концом к верхнему корпусу установки, а для возможности покидания скважины после окончания бурения в кормовой части опорного основания выполнен проем.
Указанный технический результат также достигается тем, что упомянутая защитная колонна закреплена верхним концом к верхнему корпусу установки посредством смонтированного на последнем кронштейна.
На фигуре 1 изображена заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка, вид сбоку;
на фиг.2 - опорное основание установки, вид сверху;
на фиг.3 - узел А фиг.1;
на фиг.4 - заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка в режиме подъема опорного основания;
на фиг.5 - то же в режиме транспортировки.
Заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка (СПБУ) состоит из опорного основания 1, к которому прочно закреплена опорная колонна 2. Верхний корпус 3 смонтирован с возможностью вертикального перемещения по колонне 2 с помощью опорно-подъемного устройства, рейки 4 которого закреплены непосредственно на колонне 2, а механизмы подъема 5 установлены в верхнем корпусе 3.
Опорная колонна 2 обеспечивает восприятие волновых, ветровых и ледовых нагрузок, действующих на СПБУ, а также является основным элементом опорно-подъемного устройства. Опорная колонна 2 является непрозрачной, непроницаемой моноопорой, способной воспринимать высокие локальные нагрузки в месте контакта, и обеспечивает надежность в месте соединения с основанием 1 от действия изгибающего момента, вызванного равнодействующей горизонтальных сил за счет рационально выбранного соотношения диаметров опоры 2 и основания 1 и применения высокопрочной стали, что позволяет обеспечить высокий уровень надежности при приемлемых размерах и металлоемкости.
Колонна 2 в совокупности с рейками 4 и механизмами подъема 5 представляет собой законченное опорно-подъемное устройство, и для подъема верхнего корпуса 3 не требуется больше никаких дополнительных устройств.
На верхнем корпусе 3 располагаются жилой модуль 6 с вертолетной площадкой, выдвижная консоль 7, на которой установлено подвышечное основание 8 с буровой вышкой 9, а также энергетическое и технологическое оборудование и технологические запасы (не показаны).
Для обеспечения устойчивости СПБУ на грунтах со слабой несущей способностью опорное основание 1 имеет большую площадь опорной поверхности и в нижней части «юбку» 10, которая заглубляется в грунт и предотвращает размыв грунта под опорной поверхностью.
Диаметр опорной колонны 2 составляет не менее 0,25 и не более 0,3 диаметра опорного основания 1. Такое соотношение диаметров обеспечивает равномерное распределение давления под подошвой СПБУ при стоянке на слабых грунтах, обеспечивает надежное удержание против сдвига, предотвращает чрезмерный крен и опрокидывание СПБУ при воздействии горизонтальных ледовых нагрузок.
В случае если диаметр опорной колонны 2 будет более 0,3 диаметра опорного основания 1, это повышает вероятность перекоса опорного основания 1 или опрокидывания установки при действии горизонтальных усилий.
В случае если диаметр опорной колонны 2 будет менее 0,25 диаметра опорного основания 1, это приведет к избыточной металлоемкости опорного основания 1, увеличению мощности и габаритов опорно-подъемного устройства и усложнению процедуры транспортировки.
Для возможности покидания скважины после окончания бурения в кормовой части опорного основания 1 выполнен проем. 11, который может иметь любую форму, не препятствующую уходу установки со скважины, а для защиты бурящейся скважины от воздействия льда, установка снабжена защитной колонной 12, смонтированной в пространстве под буровой вышкой 9 с возможностью заглубления в грунт и закрепленной верхним концом к смонтированному на боковой стороне верхнего корпуса 3 кронштейну 13.
В режиме бурения опорное основание 1 опирается на грунт, в него принимается балласт для обеспечения устойчивости. Верхний корпус 3 по колонне 2 с помощью механизмов подъема 5 поднимается на нужную высоту над уровнем воды. Выдвижная консоль 7 передвигается в корму таким образом, чтобы ось буровой вышки 9 располагалась над проемом 11 в опорном основании 1. Для защиты бурящейся скважины от ледовых воздействий в проем 11 опорного основания 1 с помощью плавсредства (не показано) устанавливается и заглубляется в грунт защитная колонна 12, верхнюю часть которой крепят к кронштейну 13 корпуса 3 СПБУ посредством сварки.
Таким образом, защитная колонна 12, закрепленная в верхней части и в грунте, может надежно противостоять воздействию движущегося льда.
После окончания бурения скважины СПБУ переводится в режим подъема опорного основания 1. Выдвижная консоль 7 с буровой вышкой 9 сдвигается в нос, верхний корпус 3 по колонне 2 опускается на воду, чтобы погруженная часть корпуса 3 обеспечивала достаточную плавучесть для восприятия полной массы СПБУ после отрыва опорного основания 1 от грунта. Системой грунторазмыва (не показана) под опорное основание 1 нагнетается вода для ликвидации явления «присоса» к грунту. Из опорного основания 1 откачивается только часть балласта, чтобы опорное основание 1 имело небольшую отрицательную плавучесть. Механизмами подъема 5 опорное основание 1 подтягивается под днище верхнего корпуса 3 СПБУ.
Защитная колонна 12 скважины либо демонтируется (если скважина «сухая»), либо крепится на специально устанавливаемом на грунте ледостойком блок-кондукторе (не показан) для последующей эксплуатации скважины. Конструкция блок-кондуктора не является предметом настоящей заявки.
Для подготовки к транспортировке СПБУ из опорного основания 1 откачивается оставшаяся часть балласта, масса сооружения уменьшается и СПБУ всплывает. При этом ватерлиния будет располагаться не на верхнем корпусе 3, а на опорном основании 1, что обеспечит достижение минимальной осадки при перегоне.
Технико-экономическими преимуществами заявляемого изобретения является обеспечение возможности как разведочного бурения без использования блок-кондуктора, так и эксплуатационного с применением блок-кондуктора в условиях ледовой обстановки замерзающих морей. Ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка представленной конструкции, предназначенная для эксплуатации в ледовых условиях, на сегодняшний день является весьма актуальной и будет использована для освоения континентального шельфа замерзающих морей Российской Федерации.