ЛЕДОСТОЙКАЯ САМОПОДЪЕМНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ЗАМЕРЗАЮЩЕГО МЕЛКОВОДЬЯ И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА
ICE-RESISTANT SELF-LIFTING PLATFORM FOR FREEZING SHALLOW WATER AND METHOD OF ITS INSTALLATION

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, в частности, к ледостойким самоподъемным платформам для освоения замерзающего мелководья на длительный срок, например, таких, как акватория Обско-Тазовской губы:
Известна ледостойкая плавучая морская платформа для добычи нефти и газа (патент РФ 67542 по кл. В63В 35/44 от 2007) содержащая надводное верхнее строение, установленное на вертикально расположенном полупогруженном в воду опорном основании с натяжными опорами для фиксации платформы в заданном месте. Опорное основание, в свою очередь, состоит из двух участков по высоте, нижнего участка, который полностью расположен под водой, и верхнего участка, на который опирается верхнее строение. Недостатком такого сооружения является невозможность его использования на мелководье со слабыми грунтами дна на глубинах от 1 до 4 метров.
Известна установка и способ для обеспечения буровых платформ в открытом море, содержащая опорную конструкцию (опорное основание) и тендерную баржу (плавучая палуба) (патент РФ 2139220 по кл. В63В 35/44, Е02В 17/02 от 1999 г.), который после анализа принят в качестве прототипа. Недостатком прототипа является невозможность его использования в суровых климатических условиях Арктики.
Техническим результатом заявленной ледостойкой самоподъемной платформы для замерзающего мелководья и, в особенности на слабых грунтах, а также способа их монтажа с последующей эксплуатацией является: - ускорение ввода месторождения в эксплуатацию за счет обеспечения круглогодичного использования платформы в арктических условиях; - повышение надежности эксплуатации и технологической безопасности при проведении строительно-монтажных и буровых работ, а также при эксплуатации и обслуживании скважин и технологического оборудования за счет снижения ледовых нагрузок благодаря созданию одноопорного основания; - упрощение монтажных работ при возведении сооружения на слабых грунтах мелководья на глубинах моря от 1 до 4 метров благодаря предварительному балластированию придонной плиты с ее последующим закреплением сваями криволинейного профиля; - обеспечение повторного использования двух палуб (строительно-монтажной и буровой) для освоения следующих перспективных месторождений данной нефтегазоносной акватории.
Этот технический результат достигается в ледостойкой самоподъемной платформе для замерзающего мелководья тем, что: ледостойкая самоподъемная платформа для замерзающего мелководья, включающая опорное основание, выполненное в виде балластируемой плавучей донной с развитой поверхностью плиты, прочно соединенной с перпендикулярно установленным ледостойким опорным блоком, выполненным в виде ледостойкой цилиндрической колонны, несколько выступающей в сторону дна ниже уровня придонной плоскости плиты для создания герметичности внутри этой колонны, в которой установлены специальные трубы (водоотделяющие колонны), предназначенные для буровых операций, при этом верхнее строение выполнено в виде трех с U-образными по центру вырезами сменных плавучих палуб: строительно-монтажного, бурового и эксплуатационного назначения, при этом U-образные вырезы всех палуб выполнены конгруэнтными поперечному сечению ледостойкого опорного блока, при этом подъемные механизмы, установленные на палубе по периметру выреза предназначены как для стыковки и расстыковки палубы и опорного блока, так и для подъема палубы на безопасную от волн высоту с последующей ее фиксацией; причем эти механизмы могут быть удалены на период использования данной палубы, а затем снова установлены для организации спуска палубы на открытую воду.
Указанный технический результат достигается также тем, что в ледостойкой самоподъемной платформе для замерзающего мелководья каждая сменная палуба снабжена собственной плавучестью, с учетом установленного на ней соответствующего функциональному назначению технологического оборудования, а также приспособлена к транспортировке с помощью буксира, при этом для предупреждения перекосов палубы относительно горизонтального положения предусмотрены, расположенные по всему периметру каждой палубы балластные секционированные емкости/понтоны, заполнение которых регулирует равновесие.
Указанный технический результат достигается также тем, что в способе последовательного монтажа сменных палуб в первый навигационный период на точку бурения буксируют ледостойкую самоподъемную платформу, оснащенную первой сменной палубой строительно-монтажного назначения, затем на точке бурения при помощи подъемных механизмов осуществляют спуск опорного основания с одновременным заполнением балластом донной плиты, обеспечивающим предварительное закрепление платформы на морском дне, а окончательное закрепление платформы на грунте осуществляют при помощи специальной буровой установки, приспособленной для забуривания сваи по криволинейной траектории, далее устанавливают в ледостойком опорном блоке специальные трубы, так называемые водоотделяющие колонны, через которые осуществляют бурение необходимого числа эксплуатационных скважин, а во второй навигационный период на точку бурения буксируют вторую палубу бурового назначения, производят спуск на воду первой палубы, после чего ее отводят в сторону от ледостойкого опорного блока из U-образного выреза при помощи буксира и далее при помощи того же буксира на место первой палубы устанавливают вторую палубу и производят подъем второй палубы на заданную высоту и фиксируют ее, затем начинают бурение эксплуатационных скважин, при этом первую палубу буксируют в док для ремонта и приема очередного ледостойкого основания, а в третий навигационный период на точку бурения буксируют третью палубу эксплуатационного назначения, которую аналогично устанавливают и используют уже до конца разработки месторождения, причем вторая палуба аналогично возвращается в док для выполнения последующих функциональных задач.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображен общий вид ледостойкой самоподъемной платформы для замерзающего мелководья; на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1 самоподъемной платформы; на фиг.3 изображена буксировка на точку бурения в навигационный период ледостойкой самоподъемной платформы с зафиксированной в нижнем положении первой сменной палубой.
1 - ледостойкая самоподъемная платформа (ЛСПП) для замерзающего мелководья; 2-опорное основание;
3 - сменная плавучая палуба с U-образным по центру вырезом;
4 - ледостойкий опорный блок (ЛОБ);
5 - донная балластируемая плита;
6 - специальные трубы (водоотделяющие колонны);
7 - U-образный вырез;
8 - устье скважин;
9 - морское илистое дно;
10 - сваи;
11 - ледовое поле;
12 - подъемные механизмы.
13 - буровая вышка
Ледостойкая самоподъемная платформа (ЛСПП) 1 (фиг.1-2) для замерзающего мелководья, состоит из опорного основания 2 и верхнего строения, выполненного в виде сменных плавучих палуб 3 с U-образным по центру вырезом 7. Опорное основание 2, в свою очередь, выполнено в виде ледостойкого опорного блока (ЛОБ) 4 с обширной донной балластируемой плитой 5, дополнительно закрепляемой криволинейными сваями.
ЛСПП 1 имеет три сменных палубы: палуба строительно-монтажного назначения, палуба бурового предназначения и палуба эксплуатационного назначения.
Все сменные плавучие палубы 3, чтобы иметь возможность войти в тесное соприкосновение с установленным на морское дно 9 опорным блоком 4 или же выйти из него после завершенной функциональной задачи имеют U-образный вырез 7. Вырез 7 выполнен конгруэнтным поперечному сечению ЛОБ 4 формы.
Каждая сменная плавучая палуба 3 обладает собственной плавучестью, с учетом установленного на ней соответствующего функциональному назначению технологического оборудования и приспособлена к транспортировке с помощью буксира.
По периметру U-образного выреза со стороны палубы устанавливаются подъемные механизмы 12, благодаря которым все сменные палубы 3 могут стыковаться или выходить из зацепления с опорным основанием 2, а также перемещаться и фиксироваться на необходимой высоте. Механизмы 12 должны быть выполнены съемными и удаляться после каждой операции подъема/спуска палубы для размещения иного оборудования.
Донная плита 5 с развитой поверхностью представляет собой балластируемую емкость, прочно соединенную с перпендикулярно установленным ЛОБ 4, несколько выступающим ко дну ниже уровня придонной плоскости плиты/емкости. Развитая поверхность («обширность») донной плиты 5 предотвращает опрокидывание от ледовых надвижек и наиболее рациональна для укладки на илистых грунтах морского дна. Ледостойкий опорный блок 4 выполнен в виде цилиндрической колонны с диаметром поперечного сечения 15-20 м. Под расчетное количество скважин (с учетом резервных) в ЛОБ 4 устанавливаются специальные трубы 6 (водоотделяющие колонны), через которые осуществляется весь процессе бурения; при этом расстояния между осями планируемых эксплуатационных скважин 8 на ЛОБ принимаются не менее 3 м. Выполнение опорного блока 4 со специализированными трубами 6 обеспечивает платформе дополнительную прочность и устойчивость к сопротивлению ледовым нагрузкам. Поперечное сечение ЛОБ 4 предназначено для размещения до 12 наклонно и горизонтально направленных скважин с целью максимального охвата дренированием залежи/месторождения. Общая высота опорного основания 2 как изделия дока зависит от глубины моря в точке установки с учетом соблюдения необходимого (безопасного) клиренса. Крепление ЛОБ 4 и донной балластируемой плиты 5 осуществляется при помощи специальной буровой установки, приспособленной забуривать сваи 10 по криволинейной траектории, чтобы значительно повысить устойчивость платформ моноподного типа ледовым воздействиям, характеризующихся опрокидывающими усилиями (надвижками). А поскольку подвижка ледовых полей 11 отличается многообразием направлений в зависимости от таких факторов, как ветры и течения, забуривание свай следует осуществлять по разнонаправленным траекториям с тем, чтобы повысить устойчивость ЛОБ 4 к сдвигающим и опрокидывающим усилиям движущихся ледовых полей 11 и торосов.
Освоение месторождения начинается с буксировки в навигационный период на точку бурения ледостойкой самоподъемной платформы со строительно-монтажной палубой (см. рис 3). На точке бурения при помощи подъемных механизмов 12 опускается на дно опорное основание 2, заполняясь при этом балластом, а по достижению дна начинается подъем палубы 3 над уровнем моря на требуемую высоту, при этом донная уже забалластированная плита еще более углубляется в грунт, обеспечивая тем самым предварительное закрепление платформы.
Первая сменная палуба в течение первого межнавигационного периода осуществляет работы по надежному закреплению опорного основания 2 на морском дне 9. Крепление опорного основания 2 производят при помощи специальной буровой установки, приспособленной забуривать сваи по криволинейной траектории. Далее осуществляют установку специальных труб 6 в ледостойкий опорный блок 4, через которые осуществляют процесс бурения.
Далее, убедившись в процессе первого ледохода в надежности ЛОБ 4 в противостоянии ледовым воздействиям, на точку бурения во второй навигационный период буксируется вторая палуба (бурового предназначения). Параллельно с этим производят спуск на воду при помощи уже известных подъемных механизмов 12 первой палубы. Достигнув акватории моря, подъемные механизмы 12 первой палубы 3 ослабляют зацепление, позволяя вывести ее в сторону от ЛОБ 4 из U-образного выреза 7 с помощью буксира. Далее при помощи буксира на место первой палубы стыкуется вторая палуба U-образным вырезом к ЛОБ 4, затем осуществляют подъем второй палубы с применением тех же подъемных механизмов на заданную высоту с последующей ее фиксацией. После этого первая палуба при помощи того же буксира транспортируется по месту назначения (порт/док) для возможного ремонта и повторного использования.
После смены палуб начинается бурение скважин в течение второго межнавигационного периода (причем, если процесс бурения расчетного числа скважин превысит его, то бурение будет продолжаться и в третий межнавигационный цикл).
По завершении бурения в период навигации происходит очередная смена палуб аналогичным образом, т.е. вторую палубу (бурового предназначения) замещает третья палуба (эксплуатационного назначения), которая после подъема и фиксации на ЛОБ уже будет стоять в море до конца разработки месторождения.
Таким образом, для реализации изложенного решения при очередной замене палуб необходимо использовать лишь одно буксировочное судно, поскольку все вышеуказанные палубы не являются самоходными с целью снижения их массы; при этом все операции по замене палуб необходимо производить в период навигации. Предлагаемое техническое решение наиболее приемлемо на необустроенных необходимой инфраструктурой акваториях, замерзающих на длительный срок и имеющих весьма короткий срок навигации (40-50 суток).