ЛЕДОСТОЙКАЯ ОПОРА ДЛЯ САМОПОДЪЕМНОЙ МОРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
ICE-RESISTANT SUPPORTS FOR SELF-ELEVATING OFFSHORE PLATFORMS

Родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно разделу 35 кодекса законов США, статья 119(e) по предварительной заявке на патент США №61/704,560 под названием «Ледостойкая опора для самоподъемной морской платформы» (Ice Resistant Jackup Leg), поданной 24 сентября 2012 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к морским платформам, а более конкретно - к опоре для самоподъемных морских платформ (jackup leg), предназначенных для работы в зонах, подверженных воздействию морского льда.
Уровень техники
[0003] Существующие самоподъемные морские буровые платформы хорошо известны в нефтяной и газовой промышленности в качестве решения для бурения на мелководье. В самоподъемных морских буровых платформах меньшего размера часто используются трубчатые структуры, такие как опоры, в то время как в самоподъемных морских буровых платформах большего размера обычно используются решетчатые опоры, состоящие из стоек, соединенных раскосами. Раскрываемые здесь идея опоры для самоподъемной морской платформы и проблемы применимы в равной степени к буровым и добывающим платформам.
[0004] Существующие самоподъемные морские платформы предназначены только для работы в климатических условиях, характеризующихся небольшим количеством льда или его отсутствием. Хотя трубчатые опоры теоретически могут быть спроектированы по размеру таким образом, чтобы их оболочка могла выдержать локальные давления льда, их будет очень трудно совместить с мощными подъемными и удерживающими системами опор, что потребуется при больших массах и ожидаемых ледяных нагрузках. С другой стороны, существующие решетчатые опоры очень хороши с точки зрения передачи общих нагрузок и совместимости с мощными подъемными и удерживающими системами опор, однако элементы этих опор не проектируются в расчете на локальные нагрузки со стороны льда и могут выдерживать лишь достаточно малые ледяные нагрузки. Простым изменением размера раскосных элементов можно повысить локальную прочность опоры, однако это повышение не сможет быть достаточно значительным для того, чтобы сделать данный вариант привлекательным. Решетчатая опора имеет дополнительный недостаток, состоящий в том, что лед может накапливаться внутри опоры, приводя к увеличению ледяной нагрузки. Предполагалось также, что опоры для самоподъемной морской платформы могут быть защищены путем крепления дополнительных конструкций, таких как конусы или панели. Эти дополнительные конструкции, вероятно, пришлось бы монтировать прямо на месте, и они были бы очень тяжелыми, что привело бы к большим затратам на монтаж.
[0005] Конструкции, которые в последнее время использовались в зонах, подверженных воздействию морского льда, обычно представляли собой большие панельные конструкции с элементами жесткости, состоящие из наружной обшивки, поддерживаемой посредством решетки из элементов жесткости и балок. Эти конструкции являются эффективными в противодействии ледяным нагрузкам, однако они громоздки и обычно не могут быть легко перемещены из одного места в другое.
Задачи и краткое описание изобретения
[0006] Одним из аспектов настоящего изобретения является ледостойкая опора для самоподъемной морской платформы. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения ледостойкая опора для самоподъемной морской платформы содержит множество стоек, множество панельных конструкций, причем эти стойки и панельные конструкции расположены с чередованием таким образом, что панельные конструкции соединяют стойки с образованием периферийной конструкции ледостойкой опоры, множество продольных элементов жесткости, расположенных на внутренней поверхности панельных конструкций для обеспечения жесткости этих конструкций, и множество поперечных связующих рам или балок, расположенных на внутренней поверхности панельных конструкций для обеспечения поддержки указанного множества продольных элементов жесткости.
[0007] Еще в одном варианте реализации ледостойкой опоры указанное множество стоек составляет три и указанное множество панельных конструкций также составляет три, так что ледостойкая опора имеет треугольную форму сечения.
[0008] Еще в одном варианте реализации ледостойкой опоры указанное множество стоек составляет четыре и указанное множество панельных конструкций также составляет четыре, так что ледостойкая опора имеет квадратную форму сечения.
[0009] Еще в одном варианте реализации ледостойкой опоры каждая стойка из указанного множества стоек имеет треугольную форму и содержит толстую зубчато-реечную пластину с зубьями, обеспечивающую возможность подъема с помощью реечно-шестеренчатой подъемной системы, и две соединительные пластины, каждая из которых соединена с одним концом одной панельной конструкции.
[0010] Еще в одном варианте реализации ледостойкой опоры каждая стойка из указанного множества стоек имеет форму разрезной трубы и содержит толстую зубчато-реечную пластину с зубьями для подъема и два полуцилиндрических элемента, присоединенных сваркой к каждой из сторон толстой зубчато-реечной пластины.
[0011] Другим аспектом настоящего изобретения является ледостойкая самоподъемная платформа. В одном из вариантов реализации ледостойкая самоподъемная платформа содержит корпус, множество ледостойких опор, проходящих через корпус, множество крепежных конструкций, каждая из которых установлена каждой опоре из указанного множества ледостойких опор для обеспечения соединения между корпусом и указанными опорами, и множество башмаков, каждый из которых присоединен к нижней части каждой опоры из указанного множества ледостойких опор для обеспечения установки на морском дне; при этом каждая опора из указанного множества ледостойких опор содержит множество стоек, множество панельных конструкций, причем эти стойки и панельные конструкции расположены с чередованием таким образом, что панельные конструкции соединяют стойки с образованием периферийной конструкции ледостойкой опоры, множество продольных элементов жесткости, расположенных на внутренней поверхности панельных конструкций для обеспечения жесткости этих конструкций, и множество поперечных связующих рам или балок, расположенных на внутренней поверхности панельных конструкций для обеспечения поддержки указанного множества продольных элементов жесткости.
[0012] Ледостойкая опора согласно настоящему изобретению содержит стойки и панельные конструкции. Стойки обеспечивают нужную площадь поперечного сечения в определенных местах вокруг опоры с целью эффективной передачи общих нагрузок вдоль опоры и через соединение опора-корпус. Панельные конструкции обеспечивают локальную прочность для противодействия высоким ледяным нагрузкам и наряду с этим действуют как «связующие» конструкции для передачи сдвигающих нагрузок между стойками. Определенная часть панелей будет также полезна для увеличения площади поперечного сечения стоек.
[0013] Настоящее изобретение сочетает характеристики панельных конструкций, оснащенных элементами жесткости, по стойкости к локальным нагрузкам и характеристики решетчатой опоры по стойкости к общим нагрузкам и по передаче нагрузок, благодаря чему обеспечивается возможность работы самоподъемной конструкции в зонах, подверженных воздействию морского льда. Кроме того, поскольку панельная конструкция является составной частью опоры, она не требует никакого дополнительного времени или затрат на монтаж в морской акватории. Помимо этого, панельная конструкция выполняет двойную функцию, состоящую в противодействии локальным давлениям льда и обеспечении передачи сдвигающих нагрузок между стойками, и таким образом устраняет необходимость в традиционных раскосах.
[0014] Задачи и преимущества настоящего изобретения станут ясны из последующего подробного описания предпочтительных вариантов реализации изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
[0015] Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения будут далее описаны со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковыми номерами обозначены одинаковые элементы.
[0016] Фиг. 1 показывает изометрический вид части ледостойкой опоры согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
[0017] Фиг. 2 показывает вид местного сечения ледостойкой опоры согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
[0018] Фиг. 3 показывает изометрический вид части ледостойкой опоры согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0019] Фиг. 4 показывает изометрический вид ледостойкой самоподъемной морской платформы, содержащей множество ледостойких опор согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
[0020] Фиг. 5 показывает изометрический вид ледостойкой самоподъемной морской платформы, содержащей множество ледостойких опор согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0021] Фиг. 6 показывает иллюстративный пример передачи локальной нагрузки посредством ледостойкой опоры согласно настоящему изобретению.
[0022] Фиг. 7 показывает иллюстративный пример передачи общей нагрузки посредством ледостойкой опоры согласно настоящему изобретению.
Раскрытие изобретения
[0023] Настоящее изобретение может быть лучше понято из приведенного ниже подробного описания определенных вариантов реализации изобретения.
[0024] Везде в данной заявке, где имеются ссылки на публикации, раскрытие этих публикаций полностью включено в данную заявку посредством ссылок с целью более полного описания уровня техники, к которому относится настоящее изобретение.
[0025] В настоящем изобретении предложена опора, способная выдерживать ледяные нагрузки при использовании в самоподъемной платформе для эксплуатации в зонах, подверженных воздействию морского льда. Вкратце, ледостойкая опора содержит множество стоек и панельных конструкций, соединяющих стойки, причем жесткость или прочность панельных конструкций повышена посредством множества продольных элементов жесткости и множества поперечных связующих рам или балок. Количество стоек в ледостойкой опоре обычно зависит от формы поперечного сечения опоры; например ледостойкая опора имеет 3 или 4 стойки при треугольной или квадратной форме сечения соответственно, причем каждая стойка расположена в одном соответствующем углу. Соответственно, аналогичным образом может быть построена ледостойкая опора, содержащая большее количество стоек или имеющая другую форму. Кроме того, стойки могут быть расположены и в местах, отличных от углов.
[0026] Обратимся теперь к фиг. 1, на которой изображен изометрический вид части ледостойкой опоры согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, ледостойкая опора 1 имеет квадратную форму сечения и содержит четыре стойки 2, каждая из которых расположена в одном соответствующем углу, четыре панельные конструкции 3, соединяющие четыре стойки 2, множество продольных элементов 4 жесткости, расположенных на внутренней поверхности четырех панельных конструкций 3 для обеспечения жесткости этих конструкций, и множество поперечных связующих рам или балок 5, расположенных на внутренней поверхности четырех панельных конструкций 3 для обеспечения поддержки множества продольных элементов жесткости 4. Фиг. 2 показывает вид местного поперечного сечения ледостойкой опоры 1. В варианте реализации изобретения, показанном на фиг. 1 и 2, стойка 2 имеет треугольную форму и содержит толстую зубчато-реечную пластину 201 с зубьями, обеспечивающую возможность подъема с помощью реечно-шестеренной подъемной системы, и две соединительные пластины 202, каждая из которых соединена с одним концом одной панельной конструкции 3. На фиг. 1 для большей ясности балки 5 показаны как простые панельные конструкции. Тем не менее следует иметь в виду, что в других вариантах балки могут быть оснащены фланцевыми пластинами с целью повышения их прочности. Соединения между стойками, панелями, элементами жесткости и балками обычно осуществляется путем сварки; тем не менее, в зависимости от используемых материалов, могут также использоваться другие способы, такие как болтовое соединение, или комбинация различных способов соединения. Ледостойкая опора 1 предпочтительно изготовлена из стали. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения панельные конструкции и/или элементы жесткости могут быть изготовлены из многослойных пластинчатых материалов, таких как сталь-полимер-сталь или сталь-бетон-сталь. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения ледостойкая опора 1 собирается путем изготовления секций всех панельных конструкций с последующим их сварным присоединением к стойкам с получением готовых секций опоры, а панельные конструкции могут быть изготовлены путем сварного присоединения элементов жесткости к панелям и последующего сварного присоединения балок или связующих рам к панелям и элементам жесткости в поперечном направлении. Затем несколько секций опоры могут быть установлены одна на другой и соединены друг с другом путем сварки с получением готовой опоры.
[0027] Обратимся теперь к фиг. 3, на которой показан изометрический вид ледостойкой опоры согласно другому варианту реализации настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, ледостойкая опора 1' содержит три стойки 2' в треугольной компоновке, три панельные конструкции 3, соединяющие стойки 2', множество продольных элементов 4 жесткости, расположенных на внутренней поверхности трех панельных конструкций 3 для обеспечения жесткости этих конструкций, и множество поперечных связующих рам или балок 5, расположенных на внутренней поверхности трех панельных конструкций 3 для обеспечения поддержки множества продольных элементов 4 жесткости. В качестве стойки 2' изображена стойка типа «разрезной трубы», содержащая толстую зубчато-реечную пластину с зубьями для подъема и два полуцилиндрических элемента, присоединенных сваркой к каждой стороне этой пластины. Необходимо отметить, что возможны и охвачены настоящим изобретением также и другие типы стоек и их компоновки.
[0028] Обратимся теперь к фиг. 4, на которой показан изометрический вид ледостойкой самоподъемной платформы, содержащей множество ледостойких опор согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Необходимо отметить, что компоновка ледостойких самоподъемных буровых платформ может изменяться в зависимости от конструкции. Как показано на фиг. 4, ледостойкая самоподъемная платформа 100 содержит корпус 101, множество ледостойких опор 1, аналогичных изображенной на фиг. 1 и проходящих через корпус 101, множество крепежных конструкций 102, каждая из которых установлена на одной соответствующей ледостойкой опоре 1 с целью обеспечения соединения между корпусом 101 и опорами, и множество башмаков 103, каждый из которых присоединен к нижней части одной опоры 1 с целью установки на морском дне. Опоры, показанные на фиг. 4, являются ледостойкими по всей своей высоте, от башмака до вершины; тем не менее можно ожидать, что в других вариантах реализации настоящего изобретения ледостойкой будет только часть каждой опоры, в то время как остальная часть опоры будет решетчатой, как показано на фиг. 5. В этом случае ледостойкая самоподъемная морская платформа 100' будет содержать четыре ледостойкие опоры 1'', каждая из которых состоит из нижней части, являющейся ледостойкой, и верхней части, являющейся решетчатой. Такая компоновка выгодна, например, в случае, если самоподъемная морская платформа рассчитана на противодействие льду на мелководье, но может также использоваться и в свободных ото льда зонах на большей глубине. Это также позволяет облегчить часть опоры, предназначенную для использования сверху ото льда, если самоподъемная платформа работает при значительном возвышении своего корпуса над уровнем воды. Следует иметь в виду, что ледостойкая опора может также применяться в других конфигурациях, например, с решетчатой частью возле башмака, центральной ледостойкой частью и решетчатой верхней частью. Самоподъемные платформы, показанные на фиг. 4 и 5, предназначены для бурения; тем не менее ледостойкие опоры могут использоваться также и в самоподъемных платформах, предназначенных для других целей, таких как жилье и производство.
[0029] Ледостойкие опоры с панельными конструкциями, оснащенными элементами жесткости, способны выдерживать высокие ледяные нагрузки и передавать эти нагрузки на стойки. Панельные конструкции, оснащенные элементами жесткости, могут также связывать стойки, обеспечивая необходимую передачу общих нагрузок вдоль опор вниз по направлению к основанию или вверх по направлению к соединению опора-корпус.
[0030] Обратимся теперь к фиг. 6 и 7, на которых показаны схематические виды одной стороны ледостойкой опоры в качестве иллюстрации передачи нагрузок в ледостойкой подъемной опоре согласно настоящему изобретению. Ледостойкая опора спроектирована с возможностью передачи как локальных, так и общих нагрузок. Как показано на фиг. 6, панельные конструкции, оснащенные элементами жесткости, обеспечивают возможность передачи локальных нагрузок по трактам 10, 11, 12 по направлению к стойкам 2. Иначе говоря, нагрузки, обусловленные давлением льда на панельные конструкции, будут передаваться посредством панелей по тракту 10 на продольные элементы 4 жесткости и далее по тракту 11 - на поперечные связующие рамы или балки 5, откуда по тракту 12 нагрузки будут выводиться по направлению к углам опоры и восприниматься стойками 2. Как показано на фиг. 7, общие нагрузки передаются, главным образом, стойками 2 в направлениях 21 таким же образом, что и в обычной решетчатой опоре, при этом площади сечения стоек и значительное расстояние между ними обуславливают такую площадь и момент сопротивления поперечного сечения опоры, которые позволяют выдерживать общие осевые нагрузки и изгибающие моменты, действующие на опору. Общие сдвигающие нагрузки, которые в решетчатой опоре обычно передаются посредством раскосов, могут передаваться через наружную обшивку, такую как показанная стрелкой 20, и таким образом устраняется необходимость в монтаже дополнительных раскосов опоры.
[0031] В одном из вариантов реализации изобретения опора для самоподъемной морской платформы может иметь расстояние между стойками порядка 40 футов (12,2 м) при площади поперечного сечения стойки 500 кв. дюймов (3225 кв. см), толщине панелей наружной обшивки порядка 1,5 дюйма (5,1 см) и длине элементов жесткости и балок от нескольких дюймов до нескольких футов (1 дюйм = 2,54 см, 1 фут = 30,48 см). Следует понимать, что в зависимости от проектных условий примерные размеры, указанные в настоящем документе, могут изменяться в довольно широком диапазоне, однако концепция стоек или локализованных областей поперечного сечения, связанных между собой посредством панелей с элементами жесткости, будет оставаться предпочтительной.
[0032] Хотя настоящее изобретение описано здесь со ссылками на конкретные варианты реализации, следует понимать, что эти варианты являются иллюстративными и что объем изобретения не ограничен ими. Альтернативные варианты реализации настоящего изобретения будут очевидны для тех, кто имеет обычную квалификацию в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Предполагается, что эти альтернативные варианты будут находиться в пределах объема настоящего изобретения.
Соответственно, объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения и поддерживается описанием, приведенным выше.