ОПОРНАЯ СТОЙКА-ЯКОРЬ МОРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
SUPPORT STAND-ANCHOR OF MARINE PLATFORM

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин на материковом шельфе, а именно, к строительству в море платформ, на которых монтируется буровое и нефтедобывающее оборудование.
Известна свая - опорная стойка-якорь морской платформы, содержащая связанное между собой фланцевыми соединениями верхнюю секцию с опорной площадкой, балластные трубные секции - балластные цистерны с системой их наполнения-опорожнения водой и сжатым воздухом и нижнюю буровую секцию, в которой установлен гидравлический двигатель, к валу ротора которого присоединены винтовые лопасти и буровой шарошечный щит-бур, а к статору гидравлического двигателя подсоединены водяная нагнетательная линия - трубопровод подачи воды и патрубок слива воды.
Система наполнения-опорожнения балластных цистерн содержит трубопровод подачи сжатого воздуха, трубопровод подачи воды и патрубки с клапанами-кингстонами для слива воды (см. описание изобретения к патенту РФ №2071531, МПК E02B 17/00, публикация 10.01.1997).
Недостатком известной опорной стойки-якоря является недостаточные функциональные возможности.
Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей, которые включают:
- уменьшение осевой нагрузки за счет полых решетчатых дистанционных опорных секций;
- использование реверса бура для многократного использования одной стойки по прямому назначению и транспортировки буровой платформы вместе со стойкой-якорем к новому месту бурения.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Опорная стойка-якорь морской платформы, содержащая связанные между собой фланцевыми и болтовыми соединениями верхнюю секцию с верхней опорной площадкой, балластные цистерны-секции с системой их наполнения-опорожнения водой и сжатым воздухом и нижнюю буровую секцию, в которой установлен гидравлический двигатель, к валу ротора которого присоединен бур, а к статору гидравлического двигателя подсоединены трубопровод подачи воды и патрубок слива воды, система наполнения опорожнения балластных цистерн-секций содержит трубопровод подачи воды, патрубки слива воды и трубопровод подачи сжатого воздуха для опорожнения балластных цистерн-секций от воды, на морской платформе в рубке управления система наполнения-опорожнения балластных цистерн-секций дополнительно содержит компрессор для сжатого воздуха, выход которого через последовательно соединенные первые клапаны и трехходовые переключающие клапаны подключены к трубопроводам подачи сжатого воздуха, которые имеют возможность выпускать воздух из балластных цистерн-секций при их наполнении водой через соответствующие положения трехходовых переключающих клапанов и соединенные с ними вторые клапана выпуска воздуха в атмосферу, гидравлический насос, выход которого через третий клапан подключен к трубопроводу подачи воды в балластные цистерны-секции; гидравлический насос, выход которого через четвертый клапан подключен к первому трубопроводу подачи воды в гидравлический двигатель, при реверсе вращения ротора которого выход гидравлического насоса через пятый клапан подключен ко второму трубопроводу подачи воды для реверса гидравлического двигателя, между балластными цистернами-секциями расположены дистанционные опорные секции, верхняя секция выполнена в виде двух соосных полых цилиндров, расположенных относительно друг друга коаксиально, из которых первый цилиндр выполнен с двумя фиксирующими и диаметрально расположенными отверстиями и жестко связан с верхней опорной площадкой, а второй цилиндр выполнен с двумя диаметрально расположенными пружинными фиксаторами и жестко связан с фланцем верхней секции, образовав при этом механическую защелку; верхняя опорная площадка посредством жестко связанных с ней и морской платформой деталей шарнира имеет возможность поворота вокруг общей оси шарнира, а с ней и всей опорной стойки якоря при снятии болтовых соединений путем перевода ее из вертикального рабочего положения в горизонтальное транспортное положение.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1. показана опорная стойка-якорь морской платформы, общий вид; на фиг.2 - тоже, с морской платформой в транспортном положении.
Опорная стойка-якорь морской платформы содержит связанные между собой фланцевыми и болтовыми соединениями 1 верхнюю секцию 2 с верхней опорной площадкой 3, балластные цистерны-секции 4, между которыми расположены дистанционные опорные секции 5 и нижнюю буровую секцию 6, в которой установлен гидравлический двигатель 7, к валу 8 ротора которого присоединен бур 9, а к статору гидравлического двигателя 7 подсоединены трубопровод 10 подачи воды и патрубок 11 слива воды. Система наполнения-опорожнения балластных цистерн-секций 4 содержит трубопровод 12 подачи воды, патрубок 13 слива воды и трубопровод 14 подачи сжатого воздуха для опорожнения балластных цистерн-секций 4 от воды.
На морской платформе в рубке управления система наполнения-опорожнения балластных цистерн-секций 4 дополнительно содержит компрессор 15 для сжатого воздуха, выход которого через последовательно соединенные первые клапаны 16 и трехходовые переключающие клапаны 17 подключены к трубопроводам 14 подачи сжатого воздуха, которые имеют возможность выпускать воздух из балластных цистерн-секций 4 при их наполнении водой через соответствующее положение трехходовых переключающих клапанов 17 и соединенные с ними вторые клапана 18 выпуска воздуха в атмосферу, гидравлический насос 19, выход которого через третий клапан 20 подключен к трубопроводу 12 подачи воды в балластные цистерны-секции 4.
Гидравлический насос 21, выход которого через четвертый клапан 22 подключен к первому трубопроводу 10 подачи воды в гидравлический двигатель 7, при реверсе вращения ротора которого выход гидравлического насоса 21 через пятый клапан 23 подключен ко второму трубопроводу 24 подачи воды для реверса гидравлического двигателя 7. Верхняя секция 2 выполнена в виде двух соосных полых цилиндров 25 и 26, расположенных относительно друг друга коаксиально, из которых первый цилиндр 25 выполнен с двумя фиксирующими и диаметрально расположенными отверстиями и жестко связан с верхней опорной площадкой 3, и первый цилиндр 25 выполнен с двумя диаметрально расположенными проушинами 27, а второй цилиндр выполнен с двумя диаметрально расположенными пружинными фиксаторами 28 и жестко связан с фланцем верхней стойки 2, образовав при этом механическую защелку. Верхняя опорная площадка 3 посредством жестко связанных с ней и морской платформой 29 деталей шарнира 30 имеет возможность поворота вокруг общей оси шарнира 30, а с ней и всей опорной стойки-якоря при снятии болтовых соединений 31 путем перевода ее из вертикального рабочего положения в горизонтальное транспортное положение.
Опорная стойка-якорь работает следующим образом.
Соединенные между собой секции опорной стойки якоря, находящиеся в горизонтальном транспортном положении (см. фиг 2) совместно с морской платформой выводятся буксиром в море и подводятся к точке, на которой предполагается устанавливать платформу. Используя возможность поворота вокруг общей оси шарнира 30 верхней опорной площадки 3, а вместе с ней жестко закрепленной опорной стойки-якоря, переводят и закрепляют ее в вертикальном положении с помощью болтовых соединений 31.
3
3
3
3
Балластные цистерны-секции 4 заполняют водой через патрубки (кингстоны) 13, путем перевода в соответствующее положение трехходовых переключающих клапанов 17 и открытия клапанов вентиляции 18, подключенных к трубопроводу 14 для выпуска воздуха в атмосферу. Для ускорения процесса заполнения балластных цистерн дополнительно используют гидравлический насос 19, выход воды из которого осуществляется через клапан 20 подключенного к трубопроводу 12. В результате заполнения балластных цистерн-секций происходит увеличение веса опорной стойки якоря и более плотное прижатие ее грунту совместно с морской плавучей платформой 29 на величину силы равной γ Vбц (где γ - плотность воды т/м, Vбц - объем балластных цистерн, м). Одновременно происходит поэтапное заполнение вспомогательных балластных цистерн 32 морской платформы 29 для посадки ее на стойку якоря и прижатия к грунту. С помощью гидравлического насоса 21, выход которого через клапан 22 подключен к трубопроводу 10 происходит подача воды в гидравлический двигатель 7 и посредством вращением вала 8 ротора и жестко закрепленного на нем бура 9 осуществляется заглубление опорной стойки якоря в грунт. В процессе заглубления в грунт опорной стойки якоря происходит увеличение посадки плавучей платформы и более жесткой фиксация плавучей конструкции на грунте. Для обеспечения остойчивости плавучей конструкции при волнении моря необходимо, чтобы векторы подъемной силы γ V и веса P плавучей конструкции «платформа-стойка» находились на одной линии, а центр тяжести G находился между ними. Такое положение обеспечивает остойчивость конструкции при волнении моря и ее наклонениях на углы θ за счет возникновения восстанавливающего момента M=a sin θ γ V (где a - расстояние между точками приложения подъемной силы γ V и веса P, м; γ - плотность морской воды т/м; V - объем непроницаемой погруженной части конструкции «платформа-стойка», м).
Такие же условия по остойчивости должны соблюдаться во время транспортировки морской платформы к месту установки и после выемки стойки якоря из грунта.
После завершения работ на шельфе для выемки опорной стойки якоря из грунта с помощью компрессора 15, выход которого через последовательно соединенные клапаны 16 и трехходовые переключающие клапаны 17 через трубопровод 14 подается сжатый воздух в балластные цистерны-секции 4 для вытеснения водяного балласта через патрубки 13. Одновременно с продуванием балластных цистерн стойки происходит осушение вспомогательных цистерн 32 морской платформы 29. После вытеснения воды из балластных цистерн 4 опорная стойка якоря получает положительную плавучесть и от гидравлического насоса 21 с помощью клапана 23 и трубопровода 24 подается вода для реверса гидравлического двигателя 7. В результате реверсного вращения вала 8 ротора и бура 9 происходит выемка бура 9 из грунта. За счет снятия болтовых соединений 31 и поворота деталей шарнира 30 вокруг его общей оси с жестко связанной с ней стойкой якорем, а также образованной в результате продувания балластных цистерн 4 положительной плавучести происходит перевод стойки в горизонтальное транспортное положение. С помощью оттяжек концов (не показаны на фиг.2.) и проушин 27 стойка-якорь крепится к морской платформе в горизонтальном транспортном положении. Дистанционные опорные секции за счет своей проницаемости понижают динамическую нагрузку на опорную стойку якоря при волнении моря и повышают ее устойчивость. Трубопроводы опорной стойки якоря могут быть выполнены гибкими в виде шлангов высокого давления.
Заявленное изобретение позволяет:
- расширить функциональные возможности опорной стойки-якоря;
- уменьшить осевую нагрузку за счет полых решетчатых дистанционных опорных секций;
- многократно использовать стойки по прямому назначению и осуществлять транспортировку буровой платформы вместе со стойкой-якорем к новому месту бурения.