СИСТЕМА ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕННЫХ НА ГРАВИТАЦИОННОМ ФУНДАМЕНТЕ МОРСКИХ ПЛАТФОРМ
SYSTEM OF STABILISATION OF SEA PLATFORMS MOUNTED ON GRAVITATIONAL FOUNDATIONS

Настоящее изобретение в целом относится к морским платформам для разведки месторождений и добычи полезных ископаемых (например, нефти и природного газа) с морского дна. В большей степени настоящее изобретение относится к типу платформ, называемому «размещенная на гравитационном фундаменте платформа», а более точно оно относится к системе для стабилизации таких платформ по отношению к силам бокового сдвига, например, прилагаемым действием сильных волн во время штормов.
Размещенные на гравитационном фундаменте платформы, как описано в патенте США 4265568, пригодны для использования на относительно мелководных пространствах, где целесообразно осуществлять анкеровку нижней части (киля) указанных платформ к кессонам, установленным в морском дне. В таких мелководных применениях указанная платформа иногда подвергается воздействию значительных сил бокового сдвига, создаваемых волнами во время штормов. Для стабилизации платформы относительно таких сдвигающих сил вокруг киля предусмотрены сдвиговые юбки. В некоторых установках (например, в зонах неуплотненного глинистого морского дна) сдвиговые юбки могут иметь высоту около 10 метров или более, требуя глубокий сухой док для изготовления и спуска на воду платформ. Таким образом, необходимость в высоких сдвиговых юбках повышает себестоимость изготовления и установки GBS.
Таким образом, необходим механизм для стабилизации вышеописанной платформы по отношению к силам бокового сдвига, который не требует использования сдвиговых юбок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общих чертах, настоящее изобретение является системой для стабилизации размещенных на гравитационном фундаменте морских платформ относительно сил бокового сдвига, содержащей множество наборов верхних блокировочных элементов, установленных на киле, закрепленном на нижней части платформы, при этом каждый набор способен с возможностью блокировки зацепляться с соответствующим одним из множества наборов нижних блокировочных элементов, каждый из которых установлен в одном из множества кессонов, установленных в морском дне, причем кессоны расположены так, что каждый набор верхних блокировочных элементов точно совпадает с соответствующим набором нижних блокировочных элементов. В предпочтительном варианте осуществления набор верхних блокировочных элементов закреплен на разнесенных интервалах в нижней поверхности киля, а каждый из соответствующих наборов нижних блокировочных элементов закреплен во вставке, которая прочным, но съемным образом установлена в кессоне.
Более точно, в предпочтительном варианте осуществления, наборы верхних блокировочных элементов расположены в круговой выемке или пазу, выполненном в нижней поверхности киля. Выемка или паз сообщается с одним или несколькими цементационными каналами, через которые закачивается цементирующий материал (например, бетон). Каждый из наборов нижних блокировочных элементов закреплен во вставке, которая съемным образом размещена в открытой верхней части одного из кессонов. Когда киль опускается на кессоны, верхние блокировочные элементы зацепляются с нижними блокировочными элементами. Цементирующий материал закачивается в выемку или паз, заполняя выемку или паз и внутреннее пространство вставок, и, тем самым, формируя сдвиговый клин в каждой вставке, в которой вместе наглухо связаны наборы верхних и нижних блокировочных элементов. Сдвиговые клинья со стыкующимися верхними и нижними блокировочными элементами, замурованными в бетоне, обеспечивают значительное сопротивление силам бокового сдвига. Однако платформа может быстро сниматься с кессонов просто прикладыванием вертикальной силы для подъема вставок, неподвижно прикрепленных к килю, из кессонов.
В предпочтительном варианте осуществления, описанном в материалах настоящей заявки, каждый из наборов верхних блокировочных элементов содержит множество верхних блокировочных элементов, сформированных из гнутых металлических стержней, таких как «арматурный профиль», каждый из которых проходит вниз и заканчивается концом, загнутым радиально вовнутрь в виде крюка. Подобным образом, каждый из наборов нижних блокировочных элементов содержит множество нижних блокировочных элементов, сформированных из подобных гнутых металлических стержней, таких как «арматурный профиль». Каждый из нижних блокировочных элементов проходит вверх над верхней частью своей соответственной вставки и предпочтительно заканчивается концом, загнутым в виде крюка. Когда опущены киль на кессоны и вставки, удерживающие наборы нижних блокировочных элементов, нижние блокировочные элементы изгибаются вниз и радиально вовнутрь и находятся в зацеплении с верхними блокировочными элементами.
В еще одном аспекте, настоящее изобретение является способом установки и анкеровки размещенной на гравитационном фундаменте платформы на морском дне, содержащим следующие стадии: установка множества кессонов на морском дне, при этом каждый из кессонов имеет открытый верхний торец; установка вставки в открытый торец каждого кессона, причем каждая из вставок содержит набор нижних блокировочных элементов в своей внутренней части; обеспечение платформы, имеющей киль, на котором установлено множество наборов верхних блокировочных элементов, и каждый из наборов верхних блокировочных элементов является точно совпадающим с соответствующим одним из наборов нижних блокировочных элементов; установка киля платформы поверх кессонов так, что каждый из наборов верхних блокировочных элементов точно совпадает и входит в зацепление с соответствующим одним из наборов нижних блокировочных элементов; и заполнение вставок цементирующим материалом для закрепления киля на вставках. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как отмечено выше, набор верхних блокировочных элементов расположен в круговой выемке или пазу, выполненном в нижней поверхности киля, а выемка или паз сообщается с одним или более цементационными каналами, через которые закачивается цементирующий материал при выполнении стадии заполнения. К тому же, в одном из вариантов осуществления, описанном в материалах настоящей заявки, вставки установлены в кессонах съемным образом так, что платформа может сниматься со своей установки на морском дне посредством прикладывания вертикальной подъемной силы к платформе для поднятия вставок из кессонов, причем вставки остаются прикрепленными к килю. Таким образом, платформа может перемещаться на другую (вторую) площадку, на которой было установлено второе множество кессонов, а затем опускаться до размещения вставок в кессонах на второй площадке.
Настоящее изобретение обеспечивает установку платформы, обеспечивающую хорошее сопротивление силам бокового сдвига без необходимости в дорогостоящих и трудных для установки сдвиговых юбок. Более того, настоящее изобретение предоставляет систему анкеровки платформе, обеспечивающую легкое перемещение с одной площадки на морском дне на другую. Эти и другие преимущества изобретения будут быстрее поняты и оценены из подробного описания, которое следует.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенные признаки и другие признаки настоящего изобретения далее будут описаны со ссылкой на чертежи предпочтительных вариантов осуществления. На чертежах одинаковые компоненты имеют идентичные номера ссылок. Проиллюстрированный вариант осуществления предназначен для иллюстрации, но не для ограничения изобретения. Чертежи включают в себя следующие фигуры:
фиг.1 изображает упрощенный и идеализированный вид в вертикальном разрезе размещенной на гравитационном фундаменте платформы, заключающей в себе настоящее изобретение;
фиг.2 - вид в поперечном разрезе в разобранном состоянии основных компонентов предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - вид в поперечном разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг.2, иллюстрирующий установку киля платформы поверх кессона, в котором была установлена вставка по изобретению;
фиг.4 - вид в поперечном разрезе, подобный виду на фиг.3, показывающий киль, установленный поверх кессона до этапа закачивания цементирующего материала во вставку;
фиг.5 - вид в поперечном разрезе, аналогичный виду на фиг.4, иллюстрирующий этап закачивания цементирующего материала во вставку;
фиг.6 - вид в поперечном разрезе по линии 6-6 на фиг.1, показывающий киль платформы и компоновку кессонов относительно киля, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 - вид в поперечном разрезе, аналогичный виду на фиг.5, показывающий этап съема платформы с прикрепленными вставками с кессона;
фиг.8 схематично изображает последовательность этапов способа для установки и анкеровки размещенной на гравитационном фундаменте платформы на морском дне в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Описание не должно восприниматься в ограничительном смысле, а приведено всего лишь с целью иллюстрации общих принципов изобретения, которое воплощено в одном или нескольких предпочтительных вариантах осуществления.
Настоящее изобретение в целом предоставляет систему и способ для установки и анкеровки размещенной на гравитационном фундаменте платформы на морском дне. Система для стабилизации размещенной на гравитационном фундаменте платформы, созданной согласно настоящему изобретению, может успешно применяться во многих отраслях промышленности, в том числе морском бурении и добыче нефти. Хотя последующее обсуждение может использовать морское основание, должно быть понятно, что это обсуждение не является ограничивающим, и что настоящее изобретение может использоваться в других подходящих применениях, которые могут использовать размещенные на гравитационном фундаменте морские платформы.
На фиг.1 показана размещенная на гравитационном фундаменте морская платформа 10, которая применяет систему стабилизации по настоящему изобретению для стабилизации платформы 10 по отношению к силам бокового сдвига, создаваемым волнами и течениями в водном пространстве 12, таком как океан. Платформа 10 в целом может содержать основание 14, имеющее палубу 16, на которой могут располагаться один или несколько подъемных кранов 18, буровых вышек 20 и жилых отсеков 22. Опорная конструкция или стойка 24 (такая как, например, составленная из ферм колонна, которая показана) имеет верхний конец, который поддерживает платформу 14 над поверхностью водного пространства 12, и нижний конец, который закреплен в гравитационном фундаменте или киле 26, размещенном на множестве кессонов 28, которые заанкерены на морском дне 30 и которые формируют часть системы стабилизации по настоящему изобретению, как описано ниже.
Гравитационный фундамент или киль 26 может быть выполнен в виде монолитной каркасной конструкции, которая внутри разделена на затопляемые отсеки (не показаны) внутренними переборками (не показаны). Отсеки включают в себя традиционные механизмы балластировки (не показаны) для заполнения киля балластом (таким как морская вода), чтобы погружать киль на морское дно для поддержки основания 14 над поверхностью воды. Примерный гравитационный фундамент или килевая конструкция описаны в вышеупомянутом патенте США 4265568, раскрытие которого включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
Показанный на фиг.6 киль 26 может быть любой произвольной формы, хотя показана большей частью круговая форма. Нижняя поверхность киля размещена на множестве кессонов 28, которые заанкерены на морском дне по схеме, которая приблизительно соответствует периферии киля 26. Нижняя поверхность киля 26 включает в себя цементационное кольцо 32 (назначение которого будет пояснено ниже) в форме кольцевой выемки или паза, которые в целом имеют такую же конфигурацию, как периферия киля 26. Таким образом, в проиллюстрированном варианте осуществления, в котором киль 26 является круговым, кольцо 32 является по существу кольцеобразным. Кольцо 32 расположено и сконфигурировано так, что, когда киль 26 помещается на кессоны 28 (как будет описано ниже), кольцо 32 пересекает открытый верхний торец каждого из кессонов 28. Как показано на фиг.2-5 и 7, киль 26 включает в себя множество цементационных каналов 34 (только один из которых показан), которые сообщены с кольцом 32, для целей, которые будут описаны ниже.
Фиг.2-5 показывают компоненты системы стабилизации согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в соединении с одиночным кессоном 28. Понятно, что система по настоящему изобретению использует подобные компоненты в соединении с каждым из кессонов 28, на которых размещена платформа 10, как показано на фиг.1 и 6.
Стабилизационная система по настоящему изобретению содержит множество кессонов 28, показанных на фиг.1 и 6, каждый из которых заанкерен на морском дне 30. Каждый из кессонов 28 выполнен в виде полого трубчатого элемента, который может быть изготовлен из подходящего стального сплава и который имеет открытый верхний торец. Стабилизационная система дополнительно содержит множество чашеподобных вставок 38, каждая из которых размещена в открытом верхнем торце одного из кессонов 28. Вставки 38 могут быть выполнены из подходящего стального сплава, и они преимущественно могут содержать периферийный фланец 44, который располагается вокруг периферийного обода на открытом верхнем торце кессона 28, например, как показано на фиг.3.
В описанной системе используется множество наборов нижних блокировочных элементов (показан только один набор), каждый из которых проходит вверх от нижней части каждой из вставок 38. Каждый набор нижних блокировочных элементов содержит два или более нижних блокировочных элемента 46, сформированных из металлических стержней, проходящих вверх и радиально вовнутрь от нижней части вставки 38 и заканчивающихся свободным концом 48, который, преимущественно, может быть загнут вниз и радиально внутрь в имеющей форму крюка конфигурации. Нижние блокировочные элементы 46 могут быть сформированы традиционно, из подходящим образом изогнутых отрезков обычного арматурного профиля, которые приварены к внутренней нижней поверхности вставок 38, и они являются достаточно длинными, чтобы проходить вверх за пределами периферийного фланца 44 вставки 38.
Множество наборов верхних блокировочных элементов (только один из которых показан на чертежах) установлены в цементационном кольце 32 в нижней поверхности киля 26. Каждый из наборов верхних блокировочных элементов содержит два или более верхних блокировочных элемента 58, сформированных из металлических стержней, проходящих вниз и заканчивающихся концом, сформированным в виде верхнего крюка 60, который предпочтительно изогнут радиально вовнутрь и вверх, как показано на чертежах. В качестве альтернативы, верхний крюк может быть изогнут радиально наружу. Верхние блокировочные элементы 58 могут быть сформированы из подходящих отрезков арматурного профиля, которые закреплены на киле 26 в кольце 32. Верхние блокировочные элементы 58 в каждом наборе верхних блокировочных элементов преимущественно разнесены вокруг проема одного из цементационных каналов 34 в кольцо 32.
Фиг.3 показывает этап установки вставок 38 в открытые верхние торцы кессонов 28. Вставки 38 могут устанавливаться так, чтобы их фланцы 44 располагались вплотную к верхним периферийным ободам кессонов 28. Киль 26 в таком случае может опускаться в основном в вертикальном направлении, как указано стрелкой A, для зацепления между нижними блокировочными элементами 46 и верхними блокировочными элементами 58. Нижние блокировочные элементы 46 в каждом наборе могут быть с возможностью блокировки зацепляемыми с верхними блокировочными элементами 58 в каждом соответствующем наборе так, что каждый нижний блокировочный элемент 46 точно совпадает и соединяется с соответствующим верхним блокировочным элементом 58 для крепления киля 26 к вставке 38, как показано на фиг.4.
Фиг.4 показывает набор нижних блокировочных элементов и набор верхних блокировочных элементов, зацепленных и заблокированных друг с другом после того, как киль 26 был поставлен поверх кессонов 28. Вес киля 26 изгибает нижние блокировочные элементы 46 вниз вовнутрь вставок 38 и по направлению друг к другу, как показано на фиг.4, формируя сердечник внутри каждой вставки 38. Верхние крюки 60 могут служить для захвата нижних блокировочных элементов 46, чтобы закреплять киль 26 на месте на морском дне 30, или по меньшей мере располагаться для удерживания киля 26 от чрезмерного поперечного перемещения в ответ на подводные сдвигающие силы. Нижние блокировочные элементы 46 могут располагаться под острым углом относительно вставок 38, чтобы способствовать передаче сил бокового сдвига с морской платформы 10 на кессоны 28. Более того, как показано на фиг.4, нижняя поверхность киля расположена поверх вставок 38 для изоляции вставок 38 от окружающей среды. Если вес киля 26 достаточен, периферийные фланцы 44 вставок 38 могут сплющиваться так, что киль скорее расположен непосредственно на морском дне 30, чем просто над ним, как показано на чертежах.
Фиг.5 показывает последующий этап введения цементирующего материала 62 (такого как цемент или бетон) во вставки 38 для формирования каждой из вставок 38 в сдвиговую клиновую конструкцию. Цементирующий материал 62 может вводиться во вставку 38 через цементационные каналы 34, например, посредством закачивания цементирующего материала 62 с основания 10 через трубопроводы (не показаны), проходящие через стойку 24 в киль 26. Цементирующий материал 62 может заполнять внутренность вставок 38 и цементационное кольцо 32 киля 26. В результате этапа цементирования, показанного на фиг.5, сдвиговая клиновая конструкция формируется каждой вставкой 38, которая дополнительно повышает способность соединения между килем 26 и сборкой вставки/кессона противостоять силам бокового сдвига. В дополнение, когда цементирующий материал 62 схватывается, сдвиговые клинья, сформированные вставками 38 становятся наглухо закрепленными к нижней поверхности киля 26, с верхними блокировочными элементами 58 и нижними блокировочными элементами 46, вмурованными в застывший цементирующий материал 62, и с цементирующим материалом, эффективно прикрепляющим вставки 38 (сдвиговые клинья) к нижней поверхности киля 26.
Фиг.7 иллюстрирует способ удаления морской платформы 10 с морского дна 30 со вставками 38, прикрепленными в качестве сдвиговых клиньев к килю 26. Как упомянуто выше, застывший цементирующий материал 62 обеспечивает прикрепление вставок 38 в качестве сдвиговых клиньев к килю 26 так, что, когда киль 26 (вместе с морской платформой 10 по фиг.1) поднимается с морского дна 30 (например, в основном, в вертикальном направлении, указанном стрелкой B), сдвиговые клинья остаются прикрепленными к нижней поверхности киля 26, в то время как кессоны 28 остаются установленными на морском дне 30. Затем морская платформа 10 может перемещаться и устанавливаться на второй площадке (не показана), на которой компоновка кессонов была предварительно установлена для приема сдвиговых клиньев на днище киля. Таким образом, платформа 10, в соответствии с настоящим изобретением, способна не только к противостоянию мощным силам бокового сдвига, она может легко сниматься и переустанавливаться на другие площадки на морском дне.
Фиг.8 иллюстрирует предпочтительный способ 100 установки и анкеровки размещенной на гравитационном фундаменте платформы на морском дне в соответствии с настоящим изобретением. Способ 100 содержит этап S102 установки множества кессонов на первой площадке на морском дне, при этом каждый из кессонов имеет открытый верхний торец. Следующий этап S104 является этапом установки вставки в открытый верхний торец каждого кессона, причем каждая из вставок содержит набор нижних блокировочных элементов. Этап S106 является этапом обеспечения размещенной на гравитационном фундаменте платформы, имеющей киль с множеством наборов верхних блокировочных элементов, установленных в киле и способных каждый зацепляться с одним из наборов нижних блокировочных элементов.
Постановка киля указанной платформы поверх множества кессонов так, что каждый из наборов верхних блокировочных элементов зацепляется с одним из наборов нижних блокировочных элементов, предусмотрена на этапе S108. Это сопровождается этапом S110, на котором вставки заполняются цементирующим материалом. Этап заполнения может облегчаться применением цементационных каналов через киль, как описано выше.
Способ 100 дополнительно может содержать этап S112 снятия платформы с кессонов посредством прикладывания, по существу, вертикальной подъемной силы к размещенной на гравитационном фундаменте платформе с тем, чтобы поднимать вставки из кессонов, причем вставки остаются прикрепленными к килю, вставки установлены внутри кессонов съемным образом. Это может сопровождаться этапом S114 перемещения платформы на вторую площадку на морском дне, при котором второе множество кессонов было установлено на морском дне, и этапом S116
установки платформы на второй площадке опусканием платформы так, чтобы вставки вмещались в кессоны на второй площадке.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на отдельные варианты осуществления, эти варианты осуществления являются только иллюстративными, а не ограничивающими. Многие другие применения и варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны в свете этого раскрытия и последующей формулы изобретения.