СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ЛЕДОСТОЙКОЙ БУРОВОЙ ПЛАТФОРМЫ НА МЕЛКОВОДНОМ ШЕЛЬФЕ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ
METHOD OF CONSTRUCTING AN ICE-RESISTANT DRILLING PLATFORM ON THE SHALLOW SHELF OF THE ARCTIC SEAS

Изобретение относится к морским ледостойким платформам для поисково-оценочного и разведочного бурения скважин на мелководном шельфе арктических морей, а именно к сооружению с ледяного покрова армированных ледовых морских буровых платформ, выполненных в виде сплошной ледовой армированной конструкции, опирающейся на морское дно и выступающих несущих опор, на которые устанавливается верхняя часть платформы для размещения технологического оборудования.
Известен способ возведения искусственного острова на акватории (патент SU №980465, опубл. 26.02.1981), включающий образование ледяной конструкции из ледяных армированных и содержащих органические и неорганические включения блоков, в теле которых размещают трубопроводы и термосваи, выступающие за пределы нижних граней блоков путем поочередного монтажа каждого блока на дно акватории и примораживания каждого блока к предыдущему с анкерным креплением ледяной конструкции в дно акватории путем подачи хладагента в термосваи. Для защиты от воздействия окружающей среды устанавливают купол из армированного материала.
Недостатком способа является сложность изготовления ледяных блоков с использованием опалубки и необходимость их транспортировки и монтажа, а также высокая трудоемкость установки термосвай и системы трубопроводов для подачи хладагента.
Известен способ сооружения морской технологической платформы (патент РФ №2347866, опубл. 27.02.2009), включающий установку опорной плиты на поверхностном грунте моря, которую связывают с жестким грунтом с помощью цементируемых свай. На опорную плиту устанавливают несущую конструкцию с горизонтальной платформой, а на ней устанавливают полупогружной модуль с технологическим оборудованием. Несущую конструкцию выполняют в виде фермы, составленной из нескольких модулей, которые жестко связывают между собой, с опорной плитой и платформой с помощью быстроразъемных соединений и натяжных элементов с натяжными устройствами.
Недостатками способа являются сложность монтажа и материалоемкость конструкции, а также необходимость применения плавсредств для транспортировки элементов платформы и технологического оборудования. Слабая сопротивляемость платформы боковому давлению подвижных ледяных полей.
Известен способ сооружения морской буровой платформы на мелководном шельфе арктических морей (патент №2704451, опубликован 28.10.2019 г.), принятый за прототип. На многоопорное основание и несущие конструкции пространственных стержневых опор, выполненных из обсадных буровых труб, устанавливают балочные или ферменные конструкции для размещения технологического оборудования. Скважины для установки буровых обсадных труб бурят мобильными буровыми установками с ледяного покрова, а платформа сооружается из отдельных модулей последовательными соединениями в единую конструкцию большой площади быстроразъемными шарнирными соединениями.
Недостатком способа является слабая сопротивляемость платформы боковому давлению при подвижках льда.
Техническим результатом изобретения является сооружение ледостойкой буровой платформы с ледяного покрова на мелководном шельфе с высоким сопротивлением боковому давлению в условиях подвижных льдов.
Технический результат достигается тем, что в настиле выполняют технологические отверстия для доступа к открытым верхним концам буровых обсадных труб, в которые помещают хладагент с отрицательной температурой, происходит замораживание окружающей морской воды с образованием сплошной ледовой армированной конструкции, которая опирается на морское дно. В качестве хладагента используют твердый диоксид углерода с частицами шарообразной формы и размерами, меньше внутреннего диаметра буровых обсадных труб. В процессе замораживания образуется газообразный диоксид углерода, который собирается в открытой верхней части буровых обсадных труб, а затем подается в установки для производства твердого диоксида углерода и преобразуется в твердую фазу для повторного использования.
Способ поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - морская буровая платформа с мобильной буровой установкой;
фиг. 2 - расположение стержневых опор, вид сверху, где:
1 - основание;
2 - пространственная стержневая опора;
3 - опорные площадки;
4 - балочные или фирменные конструкции;
5 - настил;
6 - мобильная буровая установка;
7 - опорные плиты;
8 - быстроразъемные соединения;
9 - технологическое отверстие;
10 - скважина;
11 - обсадная труба;
12 - поперечный элемент жесткости;
13 - ледяной покров;
14 - донные отложения;
15 - твердые породы;
16 - площадка;
17 - быстроразъемные шарнирные соединения;
18 - технологические отверстия для хладагента
19 - хладагент
20 - сплошная армированная ледовая конструкция.
Способ осуществляется следующим образов. Опорное основание 1 выполняют из обсадных буровых труб, жестко связанных с породами цементированием или анкерным закреплением. При необходимости на обсадные трубы устанавливаются опорные плиты 7. Основание 1 соединяют с пространственными стержневыми опорами 2 с помощью быстроразъемных соединений 8. На верхних частях опор оборудуют опорные площадки 3, на которые затем устанавливают балочные или ферменные конструкции 4, которые затем накрываются настилом 5. На настил 5 устанавливается мобильная буровая установка 6 и выполняется технологическое отверстие 9 для бурения поисково-оценочных или разведочных скважин 10. Каждую пространственную стержневую опору 2 (фиг. 2) выполняют четырехгранной, с ребрами из обсадных труб 11, диаметр и толщина которых выбираются по условию обеспечения необходимой несущей способности. Дополнительно могут быть установлены поперечные элементы жесткости 12.
На ледяном покрове 13 (фиг. 1) необходимой толщины, определяемом расчетом, размещают мобильные установки 6 и бурят скважины, через донные отложения 14 в твердые породы 15 на необходимую глубину по условию прочности закладки труб основания 1. Жестко закрепляют в твердых породах трубы многоопорного основания 1 и при необходимости устанавливают опорные плиты 7. К основанию 1 с помощью быстроразъемных соединений 8 крепят пространственные стержневые опоры 2, на которых устанавливают опорные площадки 3 и монтируют балочные или ферменные конструкции 4. Затем возводят настил 5 и устанавливают мобильную буровую установку 6. Расстояние от балочных или ферменных конструкций 4 до ледяного покрова 13 определяют высотой приливных волн и технологией ведения буровых работ.
Каждую пространственную стержневую опору 2 выполняют (фиг. 2) четырехгранной в плане из обсадных труб 11, установленных вертикально или наклонно с усилением поперечными элементами жесткости 12.
Морская буровая платформа может сооружаться в виде отдельных модулей с площадками 16 от 6×6 до 12×12 м последующим соединением между собой в общую конструкцию большой площади с помощью быстроразъемных шарнирных соединений 17.
В настиле 5 (фиг. 1) выполняют технологические отверстия 18 для доступа к открытым верхним концам буровых обсадных труб и размещают в них хладагент 19 с отрицательной температурой для замораживания окружающей морской воды и создания сплошной ледовой армированной конструкции 20, опирающейся на морское дно 14.
2
В качестве хладагента используется твердый диоксид углерода (СО) с температурой -78,5°С, который засыпают в буровые обсадные трубы. Обсадные трубы изготавливают из хладостойких материалов, сохраняющих свои свойства при отрицательных температурах. Используется шарообразная форма твердых частиц диоксида углерода для ускорения процессов теплопереноса. Размеры твердых частиц диоксида углерода принимаются меньше внутреннего диаметра буровых обсадных труб, для предотвращения заклинивания частиц при засыпке в буровые обсадные трубы.
2
2
В процессе замораживания образуется газообразный диоксид углерода (СО), который собирается в открытой верхней части буровых обсадных труб и подается в установки для производства твердого диоксида углерода (СО), где преобразуется в твердую фазу для повторного использования.
2
3
Экспериментально установлено, что ледовый цилиндр радиусом до 2 метров образуется вокруг обсадных труб диаметром от 100 мм до 219 мм за 5-10 суток в зависимости от условий окружающей среды. При этом расход твердого диоксида углерода (СО) на образование 1 м ледового цилиндра составляет в среднем 250 кг.
Сопротивляемость армированного ледового основания боковому давлению подвижных ледовых полей определяется по пределу прочности на разрыв установленных буровых обсадных труб и величине трения армированного ледового основания по морскому дну.
Данное конструктивное решение морской ледостойкой буровой платформы дает возможность быстрого демонтажа и транспортировку конструкций с возможностью ее сооружения в короткие сроки на новом месте.