ЛЕДОСТОЙКИЙ БУРОВОЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОСВОЕНИЯ МЕЛКОВОДНОГО КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА
ICE RESISTANT DRILLING COMPLEX FOR SHALLOW CONTINENTAL SHELF DEVELOPMENT

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений и может быть использовано для строительства морских ледостойких платформ, предназначенных для разведки и добычи углеводородов и эксплуатируемых круглогодично в условиях Арктики при наличии ледовых полей различной структуры и интенсивности.
Известны средства для освоения арктического мелководного шельфа для бурения разведочных скважин, такие как плавучий буровой комплекс «Обский-1», в составе плавучей базы комплексного обеспечения бурения, представляющей собой несамоходное судно с ледовым усилением корпуса, надстройками, складскими помещениями и функциональным оборудованием, и плавучей погружной буровой установки, обеспечивающей глубоководное бурение скважин (проспект ООО «Газфлот»). Конструктивные особенности известного бурового комплекса, имеющего малую осадку, позволяют проводить работы на мелководье, преимущественно в межледовый период и при малой интенсивности ледовых полей, что снижает эффективность использования комплекса.
Известны плавучие самоподъемные буровые установки для глубоководного бурения на арктическом шельфе, такие как «Арктическая» и «Амазон» (проспект ООО «Газфлот»), включающие несамоходную платформу с надстройками и эксплуатационным оборудованием, которую устанавливают над поверхностью моря на цилиндрических опорах с башмаками для опоры на грунт.
Известен ледостойкий буровой комплекс для освоения нефтегазовых месторождений на арктическом шельфе, включающий донную плиту с необходимыми скважинами для бурения, размеченными по сетке, ледостойкое основание с сеткой скважин, совмещаемой с сеткой на донной плите, причем ледостойкое основание выполнено в виде полностью оборудованной ледостойкой морской платформы с эксплуатационным, энергетическим оборудованием и жилым блок-модулем, а также самоподъемную буровую установку для разбуривания скважин в грунте через скважины в донной плите, при этом в донной части платформы выполнена выемка в районе сетки скважин для совмещения с донной плитой при посадке платформы /патент РФ №2123088, Е02В 17/00/. При эксплуатации донную плиту устанавливают на дно, самоподъемную буровую установку устанавливают над донной плитой и бурят через нее по сетке требуемые скважины, затем отводят самоподъемную буровую установку, а ледостойкую платформу опускают на донное основание, причем при посадке с использованием выемки совмещают с донной плитой, опущенной на грунт, в которой пробурена сетка скважин, формируют устья скважин на платформе и вводят скважины в эксплуатацию. Однако в известном устройстве, несмотря на наличие ледовой защиты добывающего оборудования, не в полной мере решена задача изолирования добывающего комплекса от ледовых нагрузок, т.к. при наличии торосов, айсбергов и т.п. переменные ледовые нагрузки могут во много раз превышать волновую и ветровую нагрузки. При жесткой посадке платформы на донное основание надежность в работе известного комплекса также снижается в условиях повышения уровня воды в акватории, в частности, во время паводков с переносом льда.
Известен ледостойкий комплекс для освоения мелководного континентального шельфа, содержащий донное основание в виде замкнутой по периметру рамной конструкции со свободной центральной частью, устанавливаемое на грунте на свайных опорах, смонтированное на основании верхнее строение в виде ледостойкой морской погружной платформы, имеющей корпус, выполненный с возможностью расположения внутри рамной конструкции, причем внутренние борта рамной конструкции и наружные борта корпуса платформы в их нижней части смонтированы с возможностью контакта, а контактирующие между собой поверхности внутренних бортов рамной конструкции и наружных бортов корпуса в их нижней части выполнены наклонными с адекватным наклоном, а также защитный пояс комплекса в виде бортовых наклонных блоков, установленных по периметру комплекса от верхней части корпуса платформы до внешнего контура основания /патент RU 2180029, Е02В 17/00/. При установке комплекса в межсезонный период транспортируют и устанавливают на грунт на свайных опорах основание в виде замкнутой по периметру рамной конструкции с наклонными внутренними бортами и свободной центральной частью, транспортируют и опускают в пространство свободной центральной части основания заранее собранную ледостойкую морскую погружную платформу с защитным поясом и наклонными в нижней части наружными бортами платформы с обеспечением контакта между платформой и основанием. В известном устройстве пояс ледовой защиты установлен вдоль периметра корпуса платформы и имеет достаточно большой поперечный размер, однако при уменьшении кривизны поверхности защитного пояса возрастает опрокидывающий момент ледовой нагрузки, что снижает надежность эксплуатации комплекса в ледовых условиях и при движении ледовых полей и паводка. Кроме того, межсезонное обслуживание платформы не предусмотрено, что также снижает экономическую эффективность эксплуатации комплекса.
Известен ледостойкий буровой комплекс для освоения мелководного континентального шельфа и круглогодичной добычи углеводородов, разработанный фирмой Exxonmobil Upstream Research Co., США /международная заявка WО 2007126477, Е02В 17/00, опубл. 08.11.2007/, который включает буксируемый корпус, установленные на нем кантиливер с самоподъемной буровой установкой (СПБУ), по крайней мере, две свайные опоры для буровой установки, проходящие через буксируемый корпус, имеющие донное основание и снабженные ледовой защитой в виде конуса, примыкающего к донному основанию опоры. Функциональное и эксплуатационное оборудование размещено на корпусе с возможностью прохода хотя бы через одну опору. По меньшей мере, один блок-кондуктор, через который производится бурение скважины, имеет упрочненный ледостойкий корпус и установлен отдельно от буксируемого корпуса над скважиной на заглубленном в грунт фундаменте. Ледостойкость блок-кондуктора обеспечена прочностью его корпуса и/или ограждением по периметру корпуса (далее - ледостойкий блок-кондуктор (ЛСБК), ЛСБК имеет верхнюю надстройку для размещения эксплуатационного оборудования, выступающую над поверхностью воды. Каждая из ледостойких свайных опор имеет форму четырехугольной призмы или, предпочтительно, форму цилиндра с наружной и внутренней оболочками, пространство между которыми заполнено сжимаемым материалом - цементным раствором или другим эластомерным материалом. Высота опоры, ее диаметр и материал выбираются с учетом момента инерции опоры, при котором она сохраняет устойчивость к ледовой нагрузке. Для сплошных цилиндрических опор установлены оптимальные сочетания их параметров: диаметр наружного цилиндра составляет 15 м, внутреннего цилиндра - около 14 м, а толщина стенок - соответственно около 50 мм и 25 мм. Фундамент под ЛСБК имеет диаметр около 30 м и выполнен с обеспечением защиты, по крайней мере, одного устья скважины при изменении местоположения буровой установки.
Высокая ледовая устойчивость бурового комплекса обеспечена практически только за счет структуры свайных опор СПБУ и большого момента инерции опоры. Эффективность локальной ледовой защиты в виде охватывающего опору усеченного конуса, примыкающего к донному основанию опоры СПБУ, зависит от угла раствора конуса и, как показывают независимые расчеты, в некотором диапазоне углов может быть недостаточно эффективной. Очевидно, что для ледовых образований с характерными размерами, меньшими диаметра опоры и оптимального расстояния между опорами, не возникнет заметного торможения при перемещении, и, следовательно, горизонтальных ледовых нагрузок на опору. Однако надежность эксплуатации комплекса, установленного, в частности, на шельфе в устьях северных рек, зависит от оптимального соотношения между параметрами ледовых структур и формой преграды для их движения, поскольку в результате торможения льдин могут образовываться торосы, толщина полей и их размеры увеличиваются со стороны паводка и наплыва льдин, а также ветрового нагона ледовых полей, что увеличивает в несколько раз горизонтальные ледовые нагрузки на опоры и требует дальнейшего усиления ледовой защиты. Кроме того, в жестких ледовых условиях трудно организовать обслуживание такого комплекса с использованием морского транспорта, что ограничивает эксплуатационную эффективность системы. Следует отметить также высокую материалоемкость цилиндрических опор, что сказывается на стоимости комплекса в целом.
Известный ледостойкий буровой комплекс для освоения мелководного континентального шельфа, включающий буксируемый корпус, установленный на нем кантиливер с самоподъемной буровой установкой, проходящие через буксируемый корпус опоры для самоподъемной буровой установки, имеющие донные основания и ледовую защиту в виде охватывающего каждую опору усеченного конуса, по меньшей мере, один блок-кондуктор с ледостойким корпусом, выполненный с возможностью стационарной установки на подводном фундаменте и имеющий верхнюю надстройку для размещения эксплуатационного оборудования, выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.
Задача изобретения состоит в улучшении эксплуатационных характеристик ледостойкого бурового комплекса за счет оптимизации схемы круглогодичной ледовой защиты.
Задача решена тем, что ледостойкий буровой комплекс для освоения мелководного континентального шельфа, включающий буксируемый корпус, установленный на нем кантиливер с самоподъемной буровой установкой, проходящие через буксируемый корпус опоры для самоподъемной буровой установки, имеющие донные основания и примыкающую к ним ледовую защиту в виде охватывающего опору усеченного конуса, по меньшей мере, один блок-кондуктор с ледостойким корпусом, выполненный с возможностью стационарной установки на подводном фундаменте и имеющий верхнюю надстройку для размещения эксплуатационного оборудования, в соответствии с изобретением снабжен наружным U-образным поясом ледовой защиты, ветви которого установлены по всей длине буксируемого корпуса с зазором, сопряжены у оконечности буксируемого корпуса с примыканием к ледостойкому корпусу блок-кондуктора, при этом пояс ледовой защиты выполнен в виде свайной структуры, элементы которой установлены с образованием внутреннего и внешнего рядов равноудаленных свай и соединены распорами в шахматном порядке, причем высота внутреннего ряда свай превышает высоту внешнего ряда.
Кроме того, ледостойкий буровой комплекс снабжен ботапортом, установленным с открытой стороны U-образного пояса ледовой защиты и выполненным из свай.
Кроме того, опоры для самоподъемной буровой установки размещены симметрично диаметральной плоскости ледостойкого корпуса блок-кондуктора.
Кроме того, опоры для самоподъемной буровой установки выполнены форменными.
Кроме того, ледовая защита опоры буровой установки выполнена в виде усеченного конуса с углом наклона образующей конуса к его большему основанию, преимущественно, в диапазоне 45°-60°.
Кроме того, верхняя надстройка блок-кондуктора включает площадку с вырезами, имеющими форму, ответную кантиливеру.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора имеет обводы в форме асимметричной восьмигранной призмы.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора имеет обводы в форме симметричной призмы.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора выполнен многоярусным.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора выполнен металлическим.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора выполнен непотопляемым и снабжен ледостойким поясом по бортам.
Кроме того, ледостойкий корпус блок-кондуктора снабжен балластными цистернами, размещенными со стороны его днищевой части.
Кроме того, в днищевой части ледостойкого корпуса блок-кондуктора выполнены окантовка и углубление для посадки на фундамент.
Кроме того, в верхней части подводного фундамента установлен выступ-ловитель для посадки ледостойкого корпуса блок-кондуктора.
Кроме того, обводы подводного фундамента и ледостойкого корпуса блок-кондуктора подобны.
Кроме того, подводный фундамент выполнен со сквозным отверстием.
Кроме того, подводный фундамент снабжен средствами погружения-всплытия в виде балластных цистерн.
Кроме того, подводный фундамент установлен на свайных опорах.
Кроме того, в нижней части подводного фундамента выполнены ребра для заглубления в грунт.
Кроме того, подводный фундамент снабжен средствами буксировки и захватами для крепления ледостойкого корпуса блок-кондуктора.
Кроме того, подводный фундамент имеет высоту в соответствии с рабочими глубинами на акватории.
Кроме того, сваи пояса ледовой защиты укреплены в грунте дна акватории.
Кроме того, пояс ледовой защиты для зоны арктического шельфа выполнен, в частности, из свай диаметром 2 м, установленных с интервалом 10 м в рядах, расстояние между которыми составляет 6 м, при высоте свай внутреннего ряда 17 м, а внешнего ряда - 14,5 м.
Кроме того, зазор между буксируемым корпусом и внутренним рядом свай пояса ледовой защиты превышает 2 м.
Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в снижении влияния ледовой нагрузки на корпус блок-кондуктора и свайные опоры СПБУ за счет выполнения U-образного пояса ледовой защиты двухрядным из разновысоких свай. Дополнительно достигается повышение экологической безопасности эксплуатации бурового комплекса за счет надежного сопряжения корпуса блок-кондуктора с подводным фундаментом посредством посадочных мест, а также возможность всесезонного ведения работ за счет снижения ледовых нагрузок на буровой комплекс в зоне добычи углеводородов на мелководном шельфе в устьях северных рек.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - схема ледостойкого бурового комплекса (вид сбоку), фиг.2 - то же (вид сверху), фиг.3 - схема ледостойкого блок-кондуктора, фиг.4 - схема подводного фундамента для установки ледостойкого блок-кондуктора (вид сверху), фиг.5 - схема усиленной ледовой защиты опоры СПБУ, фиг.6 - схема установки свай пояса ледовой защиты (вид сверху), фиг.7 - схема направления движения льда при наплыве на сваи пояса ледовой защиты (вид сбоку).
В состав ледостойкого бурового комплекса (фиг.1 и 2) входят буксируемый корпус 1, на котором размещены надстройки 2, включающие служебные и жилые помещения, кантиливер с СПБУ 3 и ферменные опоры 4 для СПБУ 3, укрепляемые на дне акватории, сопряженное с СПБУ 3 функциональное оборудование для добычи углеводородов - ледостойкий блок-кондуктор 5 (далее - ЛСБК 5) с ледостойким корпусом 6, установленный на подводном фундаменте 7, а также U-образный пояс ледовой защиты 8, охватывающий буксируемый корпус 1 и примыкающий вершиной к ЛСБК 5. ЛСБК 5 выполнен как несамоходная буксируемая платформа, оснащенная эксплуатационным оборудованием, его корпус 6 может иметь форму призмы - симметричной или асимметричной, за счет такой формы грани призмы (корпуса) обладают льдоразрушающим эффектом. Возможность подъема СПБУ 3 посредством перемещения по опорам 4 обеспечивает требуемый клиренс буксируемого корпуса 1 над уровнем акватории с учетом ледовых условий.
ЛСБК 5 является стационарным ледостойким сооружением (фиг.3), через которое производится бурение скважин с отдельно стоящей СПБУ 3 с последующим после бурения подключением фонтанной арматуры, трубопроводов и технологического оборудования. ЛСБК 5 должен удовлетворять следующим требованиям: оптимальное противостояние внешним нагрузкам, обеспечение необходимого ледового и волнового клиренса, рациональное размещение оборудования и помещений, обеспечение процесса бурения и взаимодействие с кантиливером буровой установки. В обеспечение этих требований корпус ЛСБК 6 выполнен металлическим и многоярусным (фиг.3), в котором размещены упомянутые устьевое оборудование, фонтанная арматура и другое эксплуатационное оборудование для подачи на берег продукции скважин без первичной обработки. При выборе призматической формы корпуса 6 (в виде симметричной или асимметричной восьмигранной призмы с ориентацией граней в нос и корму) достигается восприятие знакопеременных нагрузок в море, такая форма технологична в выполнении. Ледостойкий корпус 6 имеет двойные стенки бортов, двойные днища и верхнюю палубу, что обеспечивает непотопляемость в случае появления пробоин при буксировке, борта корпуса 6 усилены ледостойким поясом (на фиг.3 не показаны). В днищевой части корпуса 6 выполнено углубление 9, в частности коническое, для центровки и закрепления на подводном фундаменте 7. По периметру днищевой части корпуса 6 выполнена окантовка для установки на фундамент 7, снабженная консолями 10 для сопряжения с захватными элементами на фундаменте 7. В нижней части корпуса 6 расположены балластные цистерны, количество и расположение которых выбрано с учетом обеспечения остойчивости при погружении-всплытии и транспортировке ЛСБК 5, причем балластные цистерны выполнены с обеспечением заполнения их забортной водой для обеспечения экологической безопасности использования ЛСБК 5. В корпусе 6 по всей его длине установлены две продольные переборки, а по всей ширине - одна поперечная переборка, а также внутренние палубы, причем под верхней палубой организованы коффердамы, ограничивающие помещения функционального назначения (размещения фонтанной аппаратуры, цистерны метанола, помещения-убежища и др.). Для прохода буровых скважин в корпусе 6 установлены сквозные трубы.
СПБУ 3, оснащенная оборудованием для бурения скважин, размещена на выдвижном кантиливере 11, посредством которого она взаимодействует с ЛСБК 5. Обводы носовой части корпуса ЛСБК 6 (при установке на шельфе со стороны наплыва льда в устьях рек) соразмерны обводам буксируемого корпуса 1, что не увеличивает его лобовое сопротивление, кормовая часть корпуса 6 симметрична его носовой части. В верхней (носовой) части корпуса 6 выполнена надстройка 12 с формой, ответной кантиливеру 11, а в верхней кормовой части корпуса 6 установлена площадка 13 для размещения жилого модуля (помещения-убежища) и установки палубного оборудования, а также вертолетная площадка 14, причем для обеспечения безопасности она приподнята над верхней палубой и максимально вынесена за габариты корпуса 6. В верхней части корпуса 6 размещены также вкладные топливные и сточные цистерны, которые подняты над водой и льдом и в случае аварий не потеряют своей герметичности, что обеспечивает экологическую безопасность эксплуатации.
Подводный фундамент 7 (фиг.4) отвечает требованиям надежного закрепления корпуса ЛСБК 6 на грунте. Обводы фундамента 7 в плане соответствуют обводам корпуса 6, а в его верхней части установлен выступ-ловитель 15, например, в форме усеченного конуса для установки, центровки и фиксации корпуса 6 посредством взаимодействия с посадочной выемкой 9 на его днище. Для надежной эксплуатации ЛСБК 5 на фундаменте 7 выполнен сквозной вырез 16, позволяющий облегчить конструкцию и подвести идущие от берега к ЛСБК трубы и кабели 5 (фиг.4). На нижней части фундамента 7 установлены балластные цистерны, заполнением или продувкой которых обеспечивают его погружение (при установке на дно) и всплытие (при буксировке). Особенностью фундамента 7 являются его типоразмеры - высота, которую подбирают исходя из глубины акватории в месте установки ЛСБК 5, и площадь, которую подбирают с учетом механических характеристик грунта и скорости придонных течений для лучшего восприятия опрокидывающего момента от внешних (в т.ч. ледовых) нагрузок. Закрепление фундамента 7 на грунте производится известным образом посредством свай (в частности, используют сваи диаметром 2,0 м), под которые по его периметру выполнены сквозные отверстия 17. Для лучшего контакта фундамента 7 с грунтом на боковой поверхности в нижней его части предусмотрены ребра высотой около 0,5 м, заглубляемые в донный грунт (на фиг.4 не показаны). Расчеты показывают, что при установке ледостойкого бурового комплекса на шельфе с минимальной глубиной акватории около 8,0 м высота подводного фундамента составляет 3,0 м, а возвышение над уровнем дна - около 2,0 м. Подводный фундамент 7 оборудован также съемным устройством буксировки, а также захватами для закрепления корпуса ЛСБК 6, причем захват может быть выполнен, в частности, в виде пары - серьга 18 на фундаменте 7 и ответная ей консоль 10 на основании корпуса 6, усиленной гибкой связью - канатом, закрепленным одним концом на серьге 18, свободный конец которого укрепляют на консоли 10.
Для обеспечения всесезонной эксплуатации комплекса необходима усиленная противоледовая защита, способная выдержать многократно усиленные ледовые нагрузки в зимний период и колебания температуры. Ветровые и волновые нагрузки на форменные опоры 4 много меньше ледовых нагрузок и могут действовать как синхронно, так и не синхронно с ней. Для ледовой защиты форменных опор 4 СПБУ 3 от ровных и торосистых льдов применены обоймы 19 в форме состыкованных большими основаниями двух усеченных конусов 20 и 21, при этом собственно активным элементом ледовой защиты служит верхняя часть обоймы - усеченный конус 21, угол α наклона образующей конуса к его большему основанию (далее - угол конуса) составляет α=45°-60° (оптимальный диапазон углов) (фиг.5). При этом высота усеченного конуса 20 не менее диапазона высот переменной ватерлинии фермы опоры 4 СПБУ 3, что обеспечивает восприятие ледовой нагрузки при переменной величине ледовых полей. Нижняя часть обоймы 19 - усеченный конус 21 - служит донным основанием для упрочения посадки конуса ледовой защиты 20 на ферменной опоре 4. Расчеты показывают, что при использовании ледовой защиты опор 4 в виде конических усилений такой формы (для усеченного конуса 20 высотой 7,5 м, диаметром верхнего основания 10,6 м, высотой от верхнего основания до уровня воды 5,0 м) при углах конуса α=45°-60° горизонтальная составляющая ледовых нагрузок от ровного льда снижается соответственно в 3,4-2,5 раза (при угле конуса α=70° снижение ледовой нагрузки составляет 1,1 раза), а от торосистых льдов - соответственно в 5,1-3,9 раза (при угле конуса α=70° снижение ледовой нагрузки составляет 1,9 раза), что в несколько раз меньше, чем для обойм известной цилиндрической формы той же высоты.
Известна противоледовая защита ферменных опор морской стационарной платформы /патент RU 2259444, Е02В 17/00/ в виде двух усеченных призм со скошенными боковыми ребрами, жестко связанными большими основаниями между собой, однако, как указано в заявляемом техническом решении, эффективность снижения ледовой нагрузки зависит от угла наклона поверхности защитного элемента (призмы, конуса) и вне диапазона этих углов, специфичного для каждой поверхности, может оказаться неэффективным. Кроме того, сопряжение оснований призм по боковым граням более сложно, чем сопряжение конусов.
Противоледовая защита комплекса в целом должна удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения защиты от воздействия разнообразных ледовых образований, возможности монтажа и демонтажа для повторной эксплуатации, безопасности, надежности и долговечности, обеспечения доступа судов снабжения к буровой установке в период навигации и др. Пояс ледовой защиты 8 выполнен в виде U-образного свайного ограждения, охватывающего с зазором буксируемый корпус 1 двумя ветвями 22 и 23 с двух сторон корпуса 1 (при установке его по преобладающему течению воды) и разомкнутого вблизи оконечности корпуса 1 (фиг.2), для обеспечения возможной установки причальной платформы для приема судов обеспечения на «чистой» воде. При этом для безопасного функционирования бурового комплекса он может быть снабжен ботапортом, установленным на сваях со стороны оконечности буксируемого корпуса 1, что предотвратит попадание ледовых образований на разомкнутом участке U-образного пояса ледовой защиты 8. В целях пролонгации периода обслуживания ледостойкого бурового комплекса он может быть снабжен причальной платформой со средствами швартовки, защищенной ботапортом и поясом ледовой защиты 8 и сопряженной с оконечностью одной из ветвей 22 или 23 пояса ледовой защиты 8.
гор
Крайние фронтальные элементы ветвей 22 и 23 свайного ограждения установлены у оконечности буксируемого корпуса 1 вблизи ледостойкого корпуса 6 блок-кондуктора 5, формируя единую противоледовую защиту корпуса 1. Сваи 24 пояса ледовой защиты 8 установлены с образованием внутреннего 25 и внешнего 26 рядов равноудаленных элементов, соединены распорами 27 в шахматном порядке (фиг.6) и укреплены в грунте (фиг.7). Высота свай внутреннего ряда 25 больше высоты свай внешнего ряда 26 (фиг.7), поэтому лед, наползая со стороны внешнего ряда 26 свай на наклонные распоры 27 снизу вверх, ломается и сваливается между рядами свайного ограждения, образуя ледовый барьер. Это снижает ледовые нагрузки на внутренний ряд 25 свайного ограждения, так как расколотые льдины далее сносит течением, характер которого практически не изменяется при торможении у свай. Из экспериментов установлено, что величина горизонтальной составляющей ледовой нагрузки Р от ровного льда на систему наклонных распоров 27 в поясе ледовой защиты 8 зависит как от расстояния между сваями d, так и от расстояния между рядами свай D, и определяется конкретными соотношениями указанных величин, позволяя снизить нагрузку в 2 раза. Соединение в шахматном порядке свай внутреннего 25 и внешнего 26 рядов свайного ограждения распорами 27 также позволяет заметно (в несколько раз) уменьшить ледовые нагрузки, чем соединение таких же свай внутреннего и внешнего рядов наклонными распорами при параллельной установке свай. Кроме того, размещение свай 24 в шахматном порядке и соединение их наклонными распорами 27 позволяет использовать меньшее количество свай с большей эффективностью, что снижает затраты на создание ледостойкого бурового комплекса. В конкретных условиях арктического шельфа при такой расстановке достаточно выбрать расстояние между рядами 6 м, расстояние между сваями в ряду 10 м, высота свай внутреннего ряда (порядка 17 м) превышает высоту свай внешнего ряда на 2,5 м, что соответствует диапазону сезонного колебания уровня воды.
Известна защитная ледостойкая конструкция для СПБУ для бурения разведочных скважин в ледовых условиях, которая выполнена в виде цельной двустенной оболочки с днищем и палубой по контуру оболочки, с шахтными отверстиями для опускания в них опорных колонн СПБУ /патенты RU 2310721, СА 1206010, US 4512684, Е02В 17/00/. Ледовая защита может быть выполнена в виде бортовых наклонных блоков, размещенных по периметру ледостойкого комплекса /заявка RU 2000110308, Е02В 17/00/ или в виде наружных вертикальных режущих ребер на гравитационном основании /патенты US 4422804, СА 1179514, Е02В 17/00/. Однако расчеты показывают, что ледовая нагрузка на сплошные и почти плоские стенки устройства ледовой защиты создает опрокидывающий момент и много больше, чем нагрузка на двухрядную свайную противоледовую защиту, которая дробит лед и формирует ледовый барьер /патент RU 67590, Е02В 15/02/.
Ледостойкий буровой комплекс в соответствии с заявляемым изобретением используют следующим образом. В районе бурения на акватории подготавливают донный грунт путем выравнивания и требуемой подсыпки строительного песка или гравия на точке установки ЛСБК 5 при наличии илистого дна или существовании придонных течений. На точку бурения буксируют подводный фундамент 7, с помощью тросов, якорей и буксиров ориентируют его на месте установки и фиксируют над выбранной площадкой. Погружают подводный фундамент 7 за счет приема забортной воды в его балластные цистерны и после установления расчетной просадки фундамента 7 в донный грунт устанавливают и забивают в грунт сваи крепления. Местоположение фундамента 7 маркируют буями для индикации установки ЛСБК 5. К месту установки буксируют ЛСБК 5, удерживают в месте установки с помощью штатной якорной системы, соединяют установочные тросы корпуса 6, в частности, с захватами на фундаменте 7. Для погружения ЛСБК 5 обеспечивают прием воды самотеком в балластную цистерну в нижней части корпуса 6 путем открытия-закрытия клапанов вентиляции цистерн. Точность посадки корпуса 6 на выступы-ловители фундамента 7 корректируют системой связей с якорной системой, проводят на минимальной скорости с обеспечением безударной посадки. Механическое закрепление ЛСБК 5 на фундаменте 7 осуществляют с использованием захватов, например серег 18, которые набрасывают на выступающие элементы (консоли) 10 фундамента 7 и закрепляют на них гибкой связью - канатами. В область установки комплекса буксируют сваи и конструкции для установки пояса ледовой защиты 8, устанавливают сваи 24 по двухрядной схеме, одновременно производят каменную обсыпку фундамента 7. ЛСБК 5 подключают к коммуникациям на берегу. Буксируют плавучий корпус 1 с размещенной на нем СПБУ 3 и устанавливают ферменные опоры 4 СПБУ в рабочее положение у ЛСБК 5 с выбором режима бурения через ЛСБК 5 с использованием штатных технических средств. Одновременно устанавливают обойму 19 с ледовой защитой 20 ферменных опор 4 СПБУ 3 и завершают монтаж пояса ледовой защиты 8. На ЛСБК 5 подключают функциональное оборудование - фонтанную аппаратуру - к пробуренным скважинам, и, продолжая бурение, постепенно вводят в эксплуатацию пробуренные скважины. В процессе эксплуатации ЛСБК 5 могут быть использованы суда обеспечения (в зимнее время - в усиленном ледовом исполнении). После окончания бурения ЛСБК 5 продолжает работать в автономном режиме эксплуатации скважин, а самоподъемную буровую установку 3 снимают с точки и буксируют к другой точке бурения. После окончания эксплуатации куста скважин производят снятие ЛСБК 5 с точки постановки в межледовый период. Отсоединяют коммуникации ЛСБК 5 от береговых установок и подготавливают ЛСБК 5 к всплытию. После всплытия ЛСБК 5 удерживают буксирами и транспортируют в заданный пункт. Затем производят демонтаж пояса ледовой защиты 8 и обеспечивают всплытие подводного фундамента 7 путем продувки балластных цистерн. Демонтированные конструкции ЛСБК 5, пояса ледовой защиты 8 и фундамента 7 буксируют в заданный пункт для дальнейшего технического обслуживания.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить круглогодичную эксплуатацию газоконденсатных месторождений на арктическом шельфе с применением неледостойких конструкций в условиях однолетних льдов вследствие использования оптимально распределенной ледовой защиты, что обеспечивает проведение как сезонных, так и круглогодичных работ. Заявляемый ледостойкий буровой комплекс характеризуется минимизированными массогабаритными характеристиками за счет отсутствия средств первичной обработки продукции скважин на комплексе, усиленной ледовой защитой и надежным свайно-гравитационным закреплением его в грунте, что обеспечивает экономическую эффективность и экологическую безопасность добычи углеводородов.