ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАВУЧАЯ МОРСКАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА (ВАРИАНТЫ)
SLEETPROOF SEA FLOATING OIL AND GAS PRODUCTION PLATFORM (VERSIONS)

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания плавучих морских платформ, предназначенных для эксплуатации при добыче нефти и газа на шельфе арктических морей в ледовых условиях и в условиях интенсивного морского волнения.
Известны основания для размещения технологического оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на морском шельфе гравитационного типа, опоры типа ферм, полупогруженные буи, заякоренные суда (см. Носков Б.Д. «Сооружения континентального шельфа», М: АСВ, 2004, с.280).
Однако они имеют серьезные ограничения по эксплуатации в условиях морского волнения и при наличии ледовых образований.
Известна также плавучая полупогруженная платформа на натяжных опорах типа TLP - Tension Leg Platform, включающая надводное верхнее строение, расположенное на вертикальном опорном основании, имеющем корпус преимущественно цилиндрической формы с водопроницаемой подводной частью, размещенные в верхнем строении устьевые заканчивания, соединенные с буровыми стояками и со стояками от добычных скважин на дне. Технологическое оборудование для добычи нефти и газа, жилой блок и пост управления, размещенные в надводном верхнем строении.
При эксплуатации платформы в условиях воздействия льдов и в условиях интенсивного морского волнения участок корпуса опорного основания, на котором размещено надводное верхнее строение с технологическим оборудованием, в районе пересечения морской поверхности, то есть в районе его конструктивной ватерлинии (КВЛ), подвергается воздействию со стороны ледовых образований и морского волнения, которые в результате приводят к значительным изгибным нагрузкам на буровые стояки и стояки от добычных скважин на дне моря. Поэтому стремятся по возможности уменьшить поперечные параметры указанного участка корпуса для снижения усилий от действующих на него упомянутых внешних воздействий, что приводит к ограничению количества пропускаемых через этот участок корпуса опорного основания буровых стояков и стояков от добычных скважин на дне моря, которые соединяются с устьевыми заканчиваниями, расположенными выше КВЛ в надводном верхнем строении.
Задачей предлагаемого изобретения является создание плавучей морской платформы для добычи нефти и газа, позволяющей увеличить число размещаемых на ней добычных стояков с устьевыми заканчиваниями, одновременно обладающей наименьшей чувствительностью к ледовым и волновым нагрузкам, и в результате повышение эффективности эксплуатации такой морской платформы.
Это достигается тем, что у ледостойкой плавучей морской платформы для добычи нефти и газа, включающей надводное верхнее строение, установленное на вертикально расположенном полупогруженном в воду опорном основании, имеющем корпус преимущественно цилиндрической формы с конструктивной ватерлинией, натяжные опоры для фиксации платформы в заданном месте, устьевые заканчивания буровых стояков и стояков от добычных скважин, технологическое оборудование для добычи нефти и газа и расположенные в надводном верхнем строении пост управления и жилой блок, корпус опорного основания выполнен состоящим из двух участков по высоте, нижнего подводного участка, который полностью расположен под водой, и верхнего участка, на который опирается надводное верхнее строение и который размещен пересекающим морскую поверхность. Верхний участок в районе конструктивной ватерлинии, а также выше и ниже нее, выполнен в виде зауженного тела с диаметром, существенно меньшим диаметра нижнего подводного участка опорного основания, и с общей протяженностью по высоте, равной не менее суммы толщины ледовых образований данной акватории и, по меньшей мере, удвоенной высоте расчетной волны акватории. Корпус нижнего подводного участка опорного основания выполнен водонепроницаемым и заполнен преимущественно воздухом, при этом в нем расположены технологическое оборудование для добычи нефти и газа и размещенные преимущественно в его нижней части устьевые заканчивания буровых стояков и стояков от добычных скважин. Внутри корпуса верхнего участка опорного основания образованы шахты для пассажирского лифта, забора воздуха и отвода отработанных газов технологического оборудования для добычи нефти и газа и вентиляции нижнего подводного участка опорного основания.
При этом корпус нижнего подводного участка опорного основания выполнен разделенным перегородкой на верхнюю и нижнюю водонепроницаемые части с возможностью отделения верхней части корпуса от его нижней части с размещенными в пределах последней устьевыми заканчиваниями буровых стояков и стояков от добычных скважин.
Наряду с этим технологическое оборудование для добычи нефти и газа размещено в верхней отделяемой части корпуса нижнего подводного участка опорного основания.
Кроме того, корпус нижнего опорного основания выполнен с возможностью заполнения его полостей инертным газом.
Кроме того, вокруг верхнего участка корпуса опорного основания установлено ледоразрушающее устройство, размещенное в районе конструктивной ватерлинии.
Для достижения указанного технического результата ледостойкая плавучая морская платформа по второму варианту исполнения выполнена аналогично с первым вариантом за исключением того, что верхний участок корпуса опорного основания в районе конструктивной ватерлинии, а также выше и ниже нее, выполнен в виде сужающегося вверх от сечения к сечению тела, наружная поверхность которого имеет наклон к вертикальной оси указанного верхнего участка.
Выполнение верхнего участка опорного основания, пересекающего морскую поверхность, с уменьшенными поперечными габаритами обеспечивает снижение изгибных нагрузок на буровые и добычные стояки благодаря уменьшенным в этом случае величинам усилий, действующих на указанный участок опорного основания со стороны ледовых образований и морского волнения. При этом также уменьшается интенсивность качки платформы от действия морского волнения, негативно сказывающейся при эксплуатации платформы, что также приводит к снижению изгибных нагрузок на упомянутые стояки.
Высота указанного верхнего участка опорного основания, равная не менее суммы толщины ледовых образований данной акватории и, по меньшей мере, удвоенной высоты расчетной волны акватории, выбирается из условия максимальных возможных перемещений ледовых образований и волн в реальных условиях относительно этого участка. При этом под высотой расчетной волны акватории понимается высота волны с расчетной обеспеченностью в системе, равной 13%.
Расположение технологического оборудования для добычи нефти и газа в нижнем, расположенном под водой участке опорного основания, позволяет существенно увеличить число размещаемых на нижней части корпуса платформы устьевых заканчиваний, связанных с буровыми стояками и со стояками от добычных скважин на дне.
Выполнение корпуса нижнего подводного участка опорного основания с возможностью заполнения инертным газом обеспечивает взрывобезопасность эксплуатации оборудования платформы для добычи нефти и газа.
Выполнение верхнего участка корпуса опорного основания в районе конструктивной ватерлинии в виде сужающегося кверху тела позволяет уменьшить влияние нагрузок от движущихся ледовых образований за счет обеспечения более благоприятного режима разрушения льда на излом снизу вверх, а также снижения угловой качки платформы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид ледостойкой плавучей морской платформы для добычи нефти и газа по первому варианту исполнения, а на фиг.2 - по второму варианту исполнения.
Платформа (фиг.1) содержит вертикальное опорное основание, имеющее корпус преимущественно цилиндрической формы, выполненный в виде двух разных участков по высоте: нижнего 1 - полностью погруженного под воду и верхнего 2 - полупогруженного, на котором расположено надводное верхнее строение 3 с жилым блоком и с постом управления (на чертеже не показаны). Верхний участок 2 корпуса опорного основания расположен пересекающим морскую поверхность в районе КВЛ 4 платформы. Указанный участок 2 выполнен с существенно уменьшенной площадью поперечного сечения по сравнению с таковой нижнего участка 1, а его протяженность по высоте равна не менее суммы толщины ледовых образований данной акватории и, по меньшей мере, удвоенной высоте расчетной волны акватории.
Нижний подводный участок 1 корпуса опорного основания выполнен водонепроницаемым и может быть разделен по высоте на две водонепроницаемые части 5 и 6 с возможностью их отделения друг от друга. Их полости могут быть заполнены воздухом или, по мере необходимости, инертным газом. В корпусе нижнего подводного участка опорного основания размещено оборудование для добычи нефти и газа. Причем в пределах верхней его части 5 расположено добычное технологическое оборудование 7, а в пределах нижней части 6 водонепроницаемого корпуса 1 - устьевые заканчивания 8 буровых стояков и стояков от добычных скважин 9, которые закреплены на днище 10 корпуса опорного основания.
Платформа фиксируется в заданном месте добычи с помощью натяжных опор 11.
Кроме того, вокруг верхнего участка 2 корпуса опорного основания установлено ледоразрушающее устройство 12, которое размещено в районе КВЛ 4.
При этом внутри верхнего участка 2 опорного основания имеются шахта 13 для пассажирского лифта и шахта 14 для забора через него воздуха, необходимого для работы технологического оборудования и для отвода отработанных (выхлопных) газов от работающего оборудования.
Исполнение платформы во втором варианте (фиг.2) отличается от первого варианта (фиг.1) лишь тем, что верхний участок 2 корпуса опорного основания, на который опирается надводное верхнее строение 3 и который размещен пересекающим морскую поверхность, выполнен в районе КВЛ 4, а также выше и ниже нее, в виде сужающегося вверх от сечения к сечению тела, наружная поверхность которого имеет наклон 16 к вертикальной оси указанного корпуса.
Работа устройства заключается в том, что при наличии на акватории плавающих льдов, а также интенсивного морского волнения, полупогруженная часть 2 корпуса опорного основания испытывает и преодолевает сопротивление обтекающих его ледовых образований и морских волн. Это вызывает смещение платформы, ее угловую и вертикальную качку, что приводит к возникновению значительных изгибающих нагрузок на буровые и добычные стояки.
При уменьшенном поперечном сечении верхнего участка 2 корпуса опорного основания, пересекающего морскую поверхность, величина указанного сопротивления ледовым образованиям соответственно уменьшается. Также снижается сопротивление морскому волнению, поскольку улучшается режим обтекания упомянутой части корпуса опорного основания и снижается влияние морского волнения на платформу за счет уменьшения площади сечения КВЛ верхнего участка. В результате снижаются гидродинамические силы, действующие на корпус опорного основания, вследствие чего уменьшаются изгибные напряжения на стояках.
Благодаря выбору высоты верхнего участка 2 корпуса опорного основания, равной не менее суммы толщины ледовых образований в данной акватории и, по меньшей мере, удвоенной высоты расчетной волны акватории, интенсивное морское волнение и ледовые образования будут воздействовать только на упомянутый верхний участок корпуса опорного основания, что исключит влияние последних на верхнее строение и нижний участок опорного основания.
В варианте исполнения ледостойкой плавучей морской платформы, когда верхний участок корпуса опорного основания выполнен в виде сужающегося кверху тела, при взаимодействии движущихся ледовых образований с корпусом верхнего участка происходит наползание последних на наклонную поверхность корпуса указанного участка, что приводит к их более быстрому излому и разрушению.
Кроме того, при погружении платформы в процессе качки происходит увеличение ее водоизмещения, однако из-за наличия наклонной поверхности корпуса верхнего участка опорного основания одновременно происходит уменьшение площади сечения КВЛ. При всплытии же платформы, наоборот, водоизмещение уменьшается, а площадь сечения КВЛ верхнего участка увеличивается. Совместное влияние на корпус платформы двух, противоположным образом действующих процессов - изменения водоизмещения платформы и изменения площади сечения КВЛ верхнего участка, компенсируют влияние на него волнения, что приводит к снижению качки.
Предлагаемое конструктивное выполнение ледостойкой плавучей морской платформы, в результате которого обеспечивается возможность размещения в нижнем участке корпуса опорного основания большего числа буровых стояков и стояков от добычных скважин, существенно повышает эффективность ее эксплуатации. Одновременно платформа обладает низкой чувствительностью к ледовым и волновым нагрузкам, в результате чего снижаются изгибные усилия, испытываемые всеми стояками, и улучшаются условия работы платформы при интенсивном морском волнении и при воздействиях значительных ледовых образований.