Морская ледостойкая стационарная платформа и способ ее сооружения

Морская ледостойкая стационарная платформа и способ ее сооружения

Реферат

 

Изобретение относится к морской конструкции, в частности к морской платформе, и способу ее сооружения на шельфе замерзающих морей для добычи нефти и газа. Морская ледостойкая стационарная платформа состоит из кессона, выполненного из 4 блоков с расположенными внутри резервуарами для продукции скважин и технологических жидкостей. Боковые стенки кессона двойные, выполнены из стали и заполнены бетоном. Резервуары разделены стальными конструкциями, выполненными с зазором, заполненным бетоном. На верхней опорной плите кессона расположены функциональные блоки. Платформа снабжена ледорезным поясом, ледоломным и волновым козырьками, стальной юбкой, расположенной в нижней части кессона. Ледорезный пояс размещен ниже верхней плиты кессона и выполнен из двухслойной стали, причем наружный слой выполнен из нержавеющей стали. Боковые стенки кессона выполнены с углом наклона относительно его донной плиты величиной 45 - 70^o. Обеспечивается круглогодичное выполнение работ в открытом море в сложных гидрометеорологических и ледовых условиях по бурению и обустройству скважин, добыче нефти и газа, временному хранению добытой нефти объемом свыше 100 тыс.м³. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к морской конструкции, в частности к морской платформе, и способу ее сооружения на шельфе замерзающих морей для добычи нефти и газа.

Известны морская платформа для работы в ледовых условиях и способ ее сооружения (RU 2090699 C1, кл. E 02 B 17/00, публ. 20.09.97, БИ N 28).

Недостатками данной платформы являются необходимость использования свай для обеспечения устойчивости и связанные с этим дополнительные затраты при демонтаже платформы с месторождения; отсутствие на платформе нефтехранилища, технологического оборудования для первичной подготовки нефти к хранению или экспорту.

Известна морская ледостойкая стационарная платформа, содержащая стационарный кессон с опорными плитами и боковыми стенками, ледоломный козырек и ледорезный пояс (RU 95104974 A1, кл. E 02 B 17/00, публ. 20.02.97, БИ N 5).

Недостатком этой платформы является профилированность наружных и внутренних стенок платформы, что приводит к увеличению глобальной ледовой нагрузки и соответствующему снижению устойчивости платформы на грунте.

Известен способ сооружения морской ледостойкой стационарной платформы, включающий сооружение кессона, монтаж на его верхней плите технологических блоков, сооружение ледоломного козырька и ледорезного пояса (RU 95104974 А1, кл. E 02 B 17/00, публ. 20.02.97, БИ N 5).

Недостатками указанного способа являются увеличенные производственные затраты на изготовление профилированных элементов конструкций вспомогательного ледоломного козырька и усложненные конструктивные решения по стыковке и механическому креплению плоских конструкций технологических блоков и профилированных защитных элементов.

Морская платформа и способ ее сооружения, описанные в RU 95104974, являются ближайшими аналогами заявленной платформы и способа ее сооружения.

Задачей настоящего изобретения является создание морской платформы, обеспечивающей круглогодичное выполнение работ в открытом море в сложных гидрометеорологических и ледовых условиях по бурению и обустройству скважин, добыче нефти и газа, временному хранению добытой нефти объемом свыше 100 тыс.м³.

Поставленная задача достигается тем, что морская ледостойкая стационарная платформа, содержащая стационарный ледостойкий кессон, образованный донной и верхней опорными плитами и боковыми стенками, выполненными с зазором относительно друг друга, резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей, расположенные внутри кессона, установленное на верхней опорной плите верхнее строение, состоящее из технологических функциональных блоков, вспомогательный ледоломный козырек и ледорезный пояс, характеризуется тем, что кессон выполнен составным из отдельных блоков, внутренняя полость которых включает резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин, резервуары образованы сверху и снизу донной и верхней опорными стальными плитами соответственно, а с боков - стальными переборками с системой вертикальных и горизонтальных связей внутри них, выполненными с зазором, заполненным бетоном, создающим совместно со стальными переборками эффект композита сталь-бетон, и боковыми стенками кессона, также выполненными стальными с системой вертикальных и горизонтальных связей с зазором, заполненным бетоном, создающим совместно со стальными стенками эффект композита сталь- бетон, в нижней части кессона по его периметру дополнительно размещена юбка из листовой стали, боковые стенки выполнены с углом наклона относительно донной плиты величиной 45-70^o для обеспечения изгибного разрушения и сброса льда с платформы, ледорезный пояс размещен ниже верхней плиты кессона и выполнен из двухслойной стали, причем наружный слой изготовлен из нержавеющей стали и кессон дополнительно снабжен волновым козырьком, расположенным над ледовым козырьком.

В предпочтительном варианте выполнения платформы боковые стенки выполнены с углом наклона относительно донной плиты величиной 57,5 - 58,5^o; нижняя поверхность донной плиты, обращенная к грунту, имеет шероховатость; а также внутри ледоломного козырька выполнен туннель для эвакуации персонала платформы в убежище, для хранения противопожарного и технологического оборудования и для размещения цистерн для технологических жидкостей.

Поставленная задача достигается также тем, что способ сооружения морской ледостойкой стационарной платформы, включающий сооружение стационарного ледостойкого кессона, который выполняют с донной и верхней опорными плитами и боковыми стенками, которые выполняют с зазором относительно друг друга, размещают внутри кессона резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин, монтаж на верхней опорной плите верхнего строения, которое выполняют из технологических функциональных блоков, и сооружают вспомогательный замкнутый ледоломный козырек и ледорезный пояс, характеризуется тем, что кессон монтируют из отдельных блоков, резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин образуют сверху и снизу донной и верхней опорными стальными плитами соответственно, а с боков - стальными переборками с системой горизонтальных и вертикальных связей внутри них, которые выполняют с зазором и заполняют его бетоном, создающим совместно со стальными переборками эффект композита сталь-бетон, и боковыми стенками кессона, которые также выполняют стальными с системой вертикальных и горизонтальных связей с зазором, который заполняют бетоном, создающим совместно со стальными стенками эффект композита сталь-бетон, в нижней части кессона по его периметру дополнительно размещают юбку из листовой стали, боковые стенки выполняют с углом наклона относительно донной плиты величиной 45-70^o для обеспечения изгибного разрушения и сброса льда с платформы, ледорезный пояс размещают ниже верхней плиты кессона и выполняют из двухслойной стали, причем наружный слой изготавливают из нержавеющей стали, платформу дополнительно снабжают волновым козырьком и располагают его выше ледоломного козырька, а кессон дополнительно ориентируют с учетом господствующего дрейфа льда, направляя одно из его ребер против направления движения льда.

Предпочтительно в способе является то, что боковые стенки выполняют с углом наклона относительно донной плиты величиной 57,5 - 58,5^o; нижнюю поверхность донной плиты, обращенную к грунту, выполняют шероховатой; внутри ледоломного козырька выполняют туннель для эвакуации персонала платформы в убежище, для хранения противопожарного и технологического оборудования и для размещения цистерн для технологических жидкостей.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид платформы; на фиг.2 изображен разрез кессона; на фиг.3 - двойная переборка (коффердам).

Морская ледостойкая стационарная платформа состоит из стационарного кессона (1), составленного из 4-х блоков (2), внутри которого размещены резервуары-танки (3), предназначенные для "мокрого" хранения продукции скважин и размещения жидкого балласта, разделенные внутренними двойными стальными конструкциями (4) с переборками (5) и системой вертикальных (6) и горизонтальных (7) связей внутри них, выполненными с зазором, заполненным бетоном (8). Кессон имеет донную плиту (9) и верхнюю опорную плиту (10), внутреннюю боковую стенку (11) и наружную боковую стенку (12), между стенками (которые выполнены из стали) имеется зазор, заполненный бетоном (13). Стенки (11, 12) выполнены с углом наклона относительно донной плиты (9) 45-70^o (предпочтительно 57,5-58,5^o). Угол наклона определен исходя из необходимости обеспечения изгибного разрушения и сброса льда с борта в море. В нижней части кессона (1) размещена по периметру юбка (14) из листовой стали, предназначенная для обеспечения предотвращения размыва грунта из-под платформы. Ниже верхней плиты (10) размещен ледорезный пояс (15) из двухслойной стали.

Ледорезный пояс обеспечивает снижение ледовых нагрузок на платформу и коррозионно-эрозионного износа обшивки.

Основным способом защиты подводной части кессона выбрана система катодной защиты со специальными анодными узлами, обеспечивающими работоспособность системы в сложных ледовых условиях не менее 25 лет.

На верхней опорной плите (10) размещены функциональные технологические блоки-модули: буровой (16), вспомогательный - обеспечения буровых работ (17), технологический (18) с факельной мачтой (27), жилой (19) и модуль энергетического и вспомогательного оборудования (20). Конструктивно модули объединены в два супермодуля: буровой - технологический - вспомогательный - обеспечения буровых работ; жилой - энергетический и вспомогательного оборудования.

Супермодуль с жилым, энергетическим и вспомогательным оборудованием отделен от второго супермодуля зоной безопасности (21), жилой модуль (19) размещен над двумя танками с водой (22), которые расположены в кессоне.

В двойном дне модулей (23) размещены емкости для хранения питьевой воды, расширительная емкость балластной воды, цистерна дизельного топлива, емкости химикатов для систем добычи нефти и нагнетания воды.

Супермодули и модули могут быть изготовлены в двух вариантах исполнения: с отрицательной и положительной плавучестью. Для полной защиты конструкции модулей от воздействия ледовых и волновых нагрузок по всему периметру кессона (1) выполнен ледоломный козырек (24), который за счет своей герметичности используется как понтон плавучести при погружении кессона. Внутри него может быть размещен туннель (25) для эвакуации персонала во временное убежище и для выхода к аварийно-спасательным средствам, а также противопожарное оборудование, емкости для хранения пресной технической воды и дизельного топлива, оборудование систем прямой отгрузки нефти на танкер, фундаменты грузовых кранов. Выше ледоломного козырька (24) установлен волновой козырек (26).

Сооружение морской платформы осуществляется следующим образом.

При строительстве платформы конструкция кессона (1) разделена на 4 блока (2). После завершения строительных и монтажных работ блоки (2), имеющие положительную плавучесть и остойчивость, последовательно выводятся на акваторию судостроительного предприятия, где производится их контрольное стыкование для подготовки стыкуемых поверхностей к сварке. Окончательное стыкование и сварка блоков производятся на плаву с использованием подвесного стыковочного герметизирующего устройства. При стыковке используются балластировочные и дифферентные системы, стягивающие, центрирующие и фиксирующие устройства, механические замки и стыковочные направляющие. Контроль за взаимным положением блоков (2) при стыковке осуществляется с помощью оптико-лазерной системы. Модули верхнего строения (16 - 20) устанавливаются на кессон после завершения монтажа основного оборудования. Наводка и установка модулей производятся на территории судостроительного предприятия.

Модули верхнего строения с положительной плавучестью наводятся и устанавливаются на кессон путем его предварительной балластировки и погружения на глубину, учитывающую как осадку модулей, так и высоту опор, предназначенных для установки модулей и размещаемых на верхней палубе кессона, и последующей дебалластировки кессона. Модули оборудуются временными системами дифферентовки, балластировки и буксировки и доставляются к погруженному кессону на плаву. При выполнении операции установки модулей кессон на дно не опирается, остойчивость кессона при этом достигается за счет объемов плавучести, расположенных в ледоломном козырьке. После завершения наводки кессон дебалластируется, всплывает и осуществляются окончательное раскрепление модулей и монтаж систем между модулями.

Модули верхнего строения с отрицательной плавучестью доставляются к кессону с помощью плавучего средства (дока или специальной баржи). На палубе плавучего средства и/или на палубе кессона устанавливается система рельсовых путей, позволяющих осуществлять погрузку модулей из заводского цеха на палубу средства с помощью гидравлических грузовых тележек и аналогичным образом с палубы плавучего средства на палубу кессона, который в этом случае опирается на дно. При этом исключаются мероприятия по обеспечению плавучести и устойчивости модулей, оснащение их системами дифферентовки, балластировки и буксировки. В конструкции кессона используется упрощенный ледоломный козырек, не имеющий в своем составе объемов плавучести. Глубина места погружения кессона на 30% меньше по сравнению с вариантом использования плавучих модулей.

Установка и фиксация платформы.

Погружение платформы до полного заглубления юбки (14) в грунт осуществляется путем заполнения морской водой танков-резервуаров для хранения нефти. Устойчивость платформы на грунте обеспечивается весом платформы, включающим все составные части его весовой нагрузки, такие как вес конструкций и оборудования, вес твердого и жидкого балласта, нефти (воды), принятой в резервуары (З). Фиксация от перемещений достигается в первую очередь за счет сил трения нижней шероховатой днищевой поверхности о грунт, а также некоторого влияния юбки (14), заглубляемой в грунт, и каменной отсыпки по периметру основания платформы.

На месторождении кессон ориентируют с учетом господствующего дрейфа льда, при этом одно из его ребер направлено против направления движения льда.

Технико-экономическим преимуществом изобретения является возможность круглогодичных работ в сложных ледовых условиях, подготовки нефти до уровня "пригодна для экспорта", временного хранения добытой нефти объемом свыше 100 тыс.м³ и регулярной отгрузки нефти непосредственно с платформы на пришвартованный танкер.

Формула изобретения

1. Морская ледостойкая стационарная платформа, содержащая стационарный ледостойкий кессон, образованный донной и верхней опорными плитами и боковыми стенками, выполненными с зазором относительно друг друга, резервуары для хранения продукции скважин и технологических жидкостей, расположенные внутри кессона, установленное на верхней опорной плите верхнее строение, состоящее из технологических функциональных блоков, вспомогательный ледоломный козырек и ледорезный пояс, отличающаяся тем, что кессон выполнен составным из отдельных блоков, внутренняя полость которых включает резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин, резервуары образованы сверху и снизу донной и верхней опорными стальными плитами, соответственно, а с боков - стальными переборками с системой вертикальных и горизонтальных связей внутри них, выполненными с зазором, заполненным бетоном, создающим совместно со стальными переборками эффект композита сталь-бетон, и боковыми стенками кессона, также выполненными стальными с системой вертикальных и горизонтальных связей, с зазором, заполненным бетоном, создающим совместно со стальными стенками эффект композита сталь-бетон, в нижней части кессона по его периметру дополнительно размещена юбка из листовой стали, боковые стенки выполнены с углом наклона относительно донной плиты величиной 45 - 70^o для обеспечения изгибного разрушения и сброса льда с платформы, ледорезный пояс размещен ниже верхней плиты кессона и выполнен из двухслойной стали, причем наружный слой изготовлен из нержавеющей стали, и кессон дополнительно снабжен волновым козырьком, расположенным над ледоломным козырьком.

2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что боковые стенки выполнены с углом наклона относительно донной плиты величины 57,5 - 58,5^o.

3. Платформа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что нижняя поверхность донной плиты, обращенная к грунту, имеет шероховатость.

4. Платформа по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что внутри ледоломного козырька выполнен туннель для эвакуации персонала платформы в убежище, для хранения противопожарного и технологического оборудования, для размещения цистерн для технологических жидкостей.

5. Способ сооружения морской ледостойкой стационарной платформы, включающий сооружение стационарного ледостойкого кессона, который выполняют с донной и верхней опорными плитами и боковыми стенками, которые выполняют с зазором относительно друг друга, размещают внутри кессона резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин; монтаж на верхней опорной плите верхнего строения, которое выполняют из технологических функциональных блоков, и возведение вспомогательного замкнутого ледоломного козырька и ледорезного пояса, отличающийся тем, что кессон монтируют из отдельных блоков, резервуары для хранения технологических жидкостей и продукции скважин образуют сверху и снизу донной и верхней опорными стальными плитами, соответственно, а с боков - стальными переборками с системой горизонтальных и вертикальных связей внутри них, которые выполняют с зазором и заполняют его бетоном, создающим совместно со стальными переборками эффект композита сталь-бетон, и боковыми стенками кессона, которые также выполняют стальными с системой вертикальных и горизонтальных связей с зазором, который заполняют бетоном, создающим совместно со стальными стенками эффект композита сталь-бетон, в нижней части кессона по его периметру дополнительно размещают юбку из листовой стали, боковые стенки выполняют с углом наклона относительно донной плиты величиной 45 - 70^o для обеспечения изгибного разрушения и сброса льда с платформы, ледорезный пояс размещают ниже верхней плиты кессона и выполняют из двухслойной стали, причем наружный слой изготавливают из нержавеющей стали, платформу дополнительно снабжают волновым козырьком и располагают его выше ледоломного козырька, а кессон дополнительно ориентируют с учетом господствующего дрейфа льда, направляя одно из его ребер против направления движения льда.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что боковые стенки выполняют с углом наклона относительно донной плиты величиной 57,5 - 58,5^o.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что нижнюю поверхность донной плиты, обращенную к грунту, выполняют шероховатой.

8. Способ по п.5, или 6, или 7, отличающийся тем, что внутри ледоломного козырька выполняют туннель для эвакуации персонала платформы в убежище, для хранения противопожарного и технологического оборудования и для размещения цистерн для технологических жидкостей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3