МОРСКАЯ ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАТФОРМА
MARINE ICE-RESISTANT PLATFORM

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к стационарным морским многофункциональным платформам для бурения скважин и добыче углеводородного сырья на мелководных акваториях с сезонным ледяным покровом, и может быть использовано в конструкциях морских ледостойких платформ, непосредственно устанавливаемых на морском дне и закрепляемых к нему посредством якорных связей.
Известна морская ледостойкая платформа, содержащая верхнее строение, соединенное с опорным основанием посредством опорных колонн, на которых смонтировано противоледовое ограждение в виде плоской наклонной наделки, расположенной по периметру платформы в зоне действия ледовых нагрузок и выполненной замкнутой по периметру платформы, охватывающей опорные колонны по их наружному контуру, причем в верхней части упомянутой наделки смонтирован дополнительный ледозащитный наклонный пояс, при этом упомянутый пояс ориентирован противоположно наклонной ледовой наделке и расположен под углом не менее 8° к вертикали, а соотношение высоты упомянутого дополнительного наклонного пояса к высоте наклонной наделки составляет не менее 0,08 (патент РФ №2303099, МКИ E02B 17/00, (2006.01).
Недостатком указанной конструкции является то, что плоская наклонная наделка обусловливает хаотичный надвиг на платформу льда и нагромождение обломков льда на поверхности ледового поля, низкую эффективность опрокидывания надвигающегося льда после его изгибающего разрушения на дополнительном ледозащитном наклонном поясе, недостаточную надежность, жесткость и эффективность в отражении надвигающегося на морскую платформу льда.
Известна морская ледостойкая платформа, включающая опорное основание, колонну и верхнее строение, а также плоское ледовое ограждение, установленное на платформе в зоне воздействия льда и содержащее стенку ограждения с набором ребер жесткости и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя, выполненное в виде каналов, расположенных в пространстве между упомянутыми ребрами жесткости и образованных не менее чем двумя герметичными полостями, одна из которых предназначена для циркуляции теплоносителя, а другая - для воздушной изоляции, причем полость для циркуляции теплоносителя примыкает к внутренней поверхности стенки ледового ограждения, а полость воздушной изоляции образована смежной перегородкой между обеими полостями и крышкой, установленной на полках ребер жесткости упомянутого ледового ограждения, при этом в полости циркуляции теплоносителя продольно потоку установлены теплоотдающие элементы, жестко закрепленные к стенке ограждения (патент РФ №2302492, МКИ E02B 17/00, (2006.01).
Недостатком данной платформы является низкая эффективность подплавления льда плоской стенкой отражения, а также то, что наклонная передняя грань, несмотря на наличие ребер жесткости имеет недостаточную надежность, жесткость, безопасность и эффективность в отражении хаотично надвигающегося на морскую платформу льда.
Известна морская ледостойкая платформа, содержащая верхнее строение, соединенное с опорным основанием посредством опорных колонн, на которых смонтировано противоледовое ограждение в виде наклонной наделки (см. ледостойкую платформу со свайным фундаментом фирмы «Джон Браун». - Р.И. Вяхирев, Б.А. Никитин, Д.А. Мирзоев. «Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений». - М.: Издательство Академии горных наук, 1999. - с. 217 - прототип). Опорный блок указанной известной платформы состоит из четырех вертикальных цилиндрических колонн, соединенных в нижней части стержневыми конструкциями. На уровне воды каждая из колонн снабжена противоледовым ограждением в виде конусных наделок небольшой высоты со встречно ориентированными наклонными поверхностями.
Эта платформа имеет существенные недостатки:
- противоледовые ограждения имеют незначительную высоту, поэтому при изменениях уровня моря (приливе, отливе, изменении среднего уровня для замкнутых водоемов, например Каспийского моря и т.д.), а реально это в пределах 3-10 м, они не эффективны, т.е. не обеспечивается снижение ледовых нагрузок на платформу, так как лед ломается изгибом только в пределах незначительной высоты противоледового ограждения;
- согласно известным методикам и нормам (например, Российского Морского Регистра Судоходства) расчетное значение горизонтальной ледовой нагрузки на многоопорную конструкцию определяется независимо от формы опор для ледового сценария, соответствующего забиванию льда между опорами на максимальную ширину преграды, создаваемой опорами, таким образом, при расчетном определении ледовой нагрузки для такой конструкции влияние конусной наделки не учитывается;
- во внутреннем объеме опорного основания нельзя располагать какие-либо элементы, так как они не защищены от непосредственного воздействия ледовых образований, либо такие элементы должны быть спроектированы с учетом восприятия ледовых нагрузок;
- хаотичный надвиг надвигающегося на платформу льда и нагромождение обломков льда на поверхности ледового поля,
- недостаточная эффективность подплавления льда на наклонной плоской поверхности контакта ледовой защиты;
- недостаточная эффективность опрокидывания надвигающегося льда после его изгибного разрушения на наклонной поверхности ледовой защиты.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение прочности, жесткости, надежности и эффективности эксплуатации и безопасности морской стационарной платформы в ледовых условиях.
Это достигается в морской ледостойкой платформе, содержащей верхнее строение, соединенное с опорным основанием посредством опорных колонн, на которых по периметру платформы в зоне действия ледовых нагрузок смонтировано замкнутое противоледовое ограждение, охватывающее опорные колонны по их наружному контуру, в виде наклонной наделки, причем в верхней части наделки смонтирован дополнительный ледозащитный наклонный пояс, который ориентирован противоположно наклонной ледовой наделке и расположен под углом 8…10°, а соотношение высоты дополнительного наклонного пояса к высоте наклонной наделки составляет не менее 0,08, при этом замкнутое ледовое ограждение содержит стенку ограждения с набором ребер жесткости и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя, выполненное в виде каналов, расположенных в пространстве между упомянутыми ребрами жесткости и образованных не менее чем двумя герметичными полостями, одна из которых предназначена для циркуляции теплоносителя, а другая - для воздушной изоляции, причем полость для циркуляции теплоносителя примыкает к внутренней поверхности стенки ледового ограждения, а полость воздушной изоляции образована смежной перегородкой между обеими полостями и крышкой, установленной на полках ребер жесткости упомянутого ледового ограждения, при этом в полости циркуляции теплоносителя продольно потоку установлены теплоотдающие элементы, жестко закрепленные к стенке ограждения, согласно изобретению наклонная наделка замкнутого противоледового ограждения имеет вертикальный зигзагообразный профиль, причем дополнительный наклонный пояс плавно сопряжен с наклонной наделкой, выполненной с вертикальным зигзагообразным профилем, а в ее верхней части дополнительный пояс выполнен в виде полусферы, края которой отогнуты вниз и направлены противоположно наклонной наделке с вертикальным зигзагообразным профилем.
Ребра жесткости установлены на внутренних вершинах, образованных наклонной наделкой с вертикальным зигзагообразным профилем.
Острые грани наклонной наделки с вертикальным зигзагообразным профилем обеспечивают упорядоченное движение и расклинивание надвигающегося на платформу льда и способствуют его разрушению.
Использование наклонной наделки с вертикальным зигзагообразным профилем повышает ее прочность и жесткость, а следовательно, и надежность противоледового ограждения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана заявляемая морская ледостойкая платформа (вид сбоку);
на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 - вид в плане (сверху) морской ледостойкой платформы без верхнего строения;
на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2;
на фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3 (процесс разрушения и опрокидывания льда на противоледовом ограждении платформы);
на фиг. 5 - вид В фиг. 2.
Морская ледостойкая платформа работает следующим образом.
Заявляемая морская ледостойкая платформа содержит верхнее строение 1, соединенное с опорными основанием 2 посредством опорных колон 3. На колоннах 3 установлено противоледовое ограждение в виде наклонной наделки с вертикальным зигзагообразным профилем 4, которая расположена по периметру платформы в зоне действия ледовых нагрузок и выполнена замкнутой по периметру и охватывающей опорные колонны 3 по их наружному контуру. В верхней части наклонной наделки с вертикальным зигзагообразным профилем 4 смонтирован дополнительный наклонный ледозащитный пояс 5, плавно сопряженный с наклонной наделкой с вертикальным зигзагообразным профилем 4 в ее верхней части. Верхняя часть дополнительного наклонного ледозащитного пояса 5 выполнена в виде полусферы, края которой 6 отогнуты и направлены в противоположную сторону от наклонной наделки 4.
Для эксплуатации морской ледостойкой платформы в Северном Каспии угол α наклона наделки с вертикальным зигзагообразным профилем 4 к горизонту принят равным 66° с учетом условия невыхода нижней кромки ледовой защиты за габариты бортовой плоскости нижних понтонов, уменьшения размера протяженности ледовой защиты по высоте и уменьшения массы ледовой защиты.
На верхней части противоледового ограждения установлен дополнительный пояс 5 высотой 1,0 м с обратным углом β наклона в 10° для фиксации точки опрокидывания наползающего льда назад, причем дополнительный пояс 5 плавно сопряжен с наклонной наделкой 4 с зигзагообразным профилем, а в ее верхней части дополнительный пояс выполнен в виде полусферы, края которой 6 отогнуты вниз и направлены противоположно наклонной ледовой наделке 4.
Наклонная наделка с вертикальным зигзагообразным профилем 4 противоледового ограждения содержит ребра жесткости (не показаны) и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя, которое включает каналы (не показаны) для циркуляции теплоносителя в виде герметичных полостей, смонтированных в пространствах между ребрами жесткости (не показаны) и примыкающих к наклонной наделке с вертикальным зигзагообразным профилем 4, и каналы (не показаны) для воздушной изоляции в виде герметичных полостей, которые образованы смежными с каналами (не показаны) перегородками (не показаны) и крышками (не показаны), установленными на полках (не показаны) ребер жесткости (не показаны).
В полости каналов циркуляции теплоносителя продольно потоку теплоносителя установлены теплоотдающие элементы (не показаны), жестко закрепленные к внутренней грани поверхности 7 наклонной наделки 4 с вертикальным зигзагообразным профилем противоледового ограждения.
В период бурения скважины и при наличии ледового покрова в районе постановки морской ледостойкой платформы тепло на противоледовое ограждение поступает от системы отопления платформы по трубопроводу (не показан).
После начала эксплуатации пробуренных скважин в качестве теплоносителя для противоледового ограждения используется горячая пластовая вода (отсепарированная продукция скважин).
Образовавшийся лед по мере его образования в Северной части Каспийского моря продвигается на юг, где установлена морская ледостойкая платформа. Лед при контакте с противоледовым ограждением платформы в виде наклонной наделки с вертикальным зигзагообразным профилем 4, которая обеспечивает направленное и упорядоченное равномерное направленное движение вверх, изгибается, разрушаясь, скользит и поднимается по наклонной наделке 4 до дополнительного пояса 5 и далее по полусфере до верхней ее кромки 6, где обломки льда опрокидываются под действием гравитации на надвигающееся ледовое поле. Образовавшееся нагромождение льда создает дополнительную вертикальную нагрузку на надвигающийся на морскую платформу и частично лед уходит под воду.
Использование наклонной наделки 4 с вертикальным зигзагообразным профилем с углом λ, равным 60-120°, обеспечивает развитие до 100% без увеличения размеров морской платформы ее поверхность контакта с льдом, увеличение количества тепла, передаваемого устройством для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя (не показаны) к стенке ограждения, взаимодействующей со льдом, за счет чего повышается температура стенки и интенсифицируется подплавление и разрушение льда. Острые грани наклонной наделки 4 с вертикальным зигзагообразным профилем обеспечивают направленное и упорядоченное равномерное движение и расклинивание надвигающегося на платформу льда и способствуют его разрушению.
Таким образом, заявленное изобретение повышает прочность, жесткость, надежность, безопасность морской стационарной платформы и эффективность ее эксплуатации в ледовых условиях.