ПОЛУПОГРУЖНОЕ ПЛАВУЧЕЕ ОСНОВАНИЕ И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК B63B35/44 B63B35/08 

Изобретение относится к полупогружному плавучему основанию для морских работ, имеющему рабочую палубу для размещения оборудования, по меньшей мере, один нижний корпус, балластную систему для балластировки и дебалластировки плавучего основания и соединительную конструкцию, соединяющую рабочую палубу и, по меньшей мере, один нижний корпус.

Такие полупогружные плавучие основания обычно используются для многих специальных морских работ, например, для морских буровых установок, спасательных судов, нефтедобывающих платформ и тяжеловесных кранов.

Преимущество полупогружных плавучих оснований над нормальным судном состоит в том, что ограниченная чувствительность к волнам и хорошие мореходные характеристики могут быть получены посредством применения балластированных, водонепроницаемых нижних корпусов, например понтонов, ниже водной поверхности и волнового воздействия. Площадка обслуживания расположена высоко над уровнем моря и, таким образом, находится довольно далеко от волн. Функция соединительной конструкции состоит в удерживании рабочей палубы, по меньшей мере, на одном нижнем корпусе, сохраняя сечение на поверхности воды, то есть горизонтальное поперечное сечение или, другими словами, район соединительной конструкции, пересекающийся с водной поверхностью, относительно небольшим для поддержания влияния волн на плавучее основание, небольшим по сравнению с однокорпусным судном. В результате, полупогружное судно менее подвержено воздействию нагрузкам от волн, чем нормальное судно, что предпочтительно при выполнении морских работ. Преимущества полупогружных плавучих оснований известны в данной области техники.

Пример такого полупогружного плавучего основания показан в публикации патента США US 4646672. Недостаток существующих полупогружных плавучих оснований состоит в том, что они малопригодны для льдистых вод, то есть насыщенных льдом вод.

Таким образом, целью изобретения является получение полупогружного плавучего основания, которое пригодно как для свободных ото льда вод, так и для льдистых вод.

Таким образом, изобретение обеспечивает получение полупогружного плавучего основания для морских работ, которое пригодно для работы в льдистых водах и в свободных ото льда водах, при этом указанное плавучее основание содержит:

- рабочую палубу для размещения оборудования;

- по меньшей мере, один нижний корпус, например понтон;

- по существу вертикальную соединительную конструкцию, по меньшей мере, между одним нижним корпусом и рабочей палубой;

- балластную систему для балластировки или дебалластировки плавучего основания;

в котором соединительная конструкция имеет водную часть и ледокольную часть, скомпонованные друг на друге,

в котором плавучее основание конфигурировано так, что оно имеет ледокольную осадку для льдистых вод, при которой уровень воды или льда находится по существу вровень с ледокольной частью, и водную осадку для свободных ото льда вод, при которой уровень воды находится по существу вровень с водной частью,

в котором ледокольная часть имеет замкнутый конический контур

и в котором при водной осадке суммарная площадь участка водной части соединительной конструкции, пересекающего водную поверхность, меньше суммарной площади участка ледокольной части соединительной конструкции, пересекающего водную поверхность при ледокольной осадке.

Преимущество полупогружного плавучего основания согласно изобретению состоит в том, что плавучее основание благодаря его балластной системе способно приспосабливать его осадку к условиям окружающей воды. Если окружающая вода свободна ото льда, полупогружное плавучее основание может работать при водной осадке, с которой уровень воды находится по существу вровень с водной частью, таким образом, обеспечивая то, что плавучее основание обладает типичными характеристиками полупогружного плавучего основания, при которых влияние волн минимально. Однако, если окружающая вода полностью или частично заполнена льдом, полупогружное плавучее основание может изменить его осадку на ледокольную осадку, при которой уровень воды или льда находится по существу вровень с ледокольной частью. Изменение осадки плавучего основания осуществляется посредством надлежащей работы балластной системы.

Ледокольная часть благодаря своему коническому контуру способна колоть или, по меньшей мере, отклонять лед, когда он сталкивается с плавучим основанием. Эта ледокольная способность ледокольной части в случае с льдистыми водами более важна, чем увеличенное влияние волн на плавучее основание вследствие большей площади пересечения водной поверхности ледокольной части.

В результате, получено более универсальное полупогружное плавучее основание, которое может приспосабливаться к условиям окружающей воды посредством изменения его осадки.

В варианте осуществления изобретения ледокольная часть имеет по существу круговую форму, то есть замкнутый контур имеет круглое горизонтальное поперечное сечение. Предпочтительно для ледокольной части применяют один замкнутый конический контур. Преимущество круговой конфигурации состоит в том, что лед может подходить с любого направления, то есть силы, воздействующие на плавучее основание, по существу независимы от ориентации плавучего основания. Менее предпочтительно, но также в пределах объема изобретения могут применяться другие формы ледокольной части, например квадратная, прямоугольная, овальная и т.д.

Контур ледокольной части может суживаться вверх или вниз, поскольку обе формы способны колоть лед. Также возможна комбинированная форма, суживающаяся вверх и вниз. Например, ледокольная часть может иметь контур песочных часов, то есть две противоположные воронки друг на друге.

Чтобы выдержать относительно высокие силы во время ломки льда, контур может быть сформирован стенкой, которая предпочтительно более толстая, чем стенки, используемые для водной части и нижнего корпуса, причем предпочтительно указанная стенка выполнена из металла. Стенка может иметь неровности или содержать выступы, может быть гладкой и/или иметь покрытие и может не быть замкнутой на 100%. Небольшие отверстия, такие как закрываемые лючки, перфорации и т.д. также входят в объем изобретения, если большая часть контура закрыта, то есть, если он представляет собой сплошную стенку. Предпочтительно, могут использоваться небольшие отверстия для обеспечения вентиляции в ледокольной части.

В варианте осуществления изобретения внешний контур ледокольной части может быть снабжен нагревательными элементами для нагревания внешнего контура и/или льда, что способствует ломке льда.

Когда конический контур ледокольной части суживается вниз, предпочтительно применяется проходящий вертикально контур, расположенный смежно и ниже конического контура, таким образом, чтобы лед, сталкивающийся с коническим контуром, отклонялся к вертикально проходящему контуру, что способствует ломке льда и предотвращению проникновения льда под плавучее основание.

Предпочтительно применять в основном симметричную водную часть и/или нижний корпус вокруг вертикальной центральной оси плавучего основания таким образом, чтобы поведение плавучего основания стало независимым от его ориентации при водной осадке.

В варианте осуществления изобретения нижний корпус имеет форму диска на виде в плане, предпочтительно кольцевую форму на виде в плане с внутренним и наружным диаметром. Нижний корпус может содержать круговые сегменты или понтоны, имеющие форму круговых сегментов, наблюдаемых на виде в плане, вместо полного круга/кольца.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание также конфигурировано так, что оно имеет промежуточную осадку для транспортировки, при которой уровень воды находится вровень, по меньшей мере, с одним нижним корпусом, при этом все нижние корпуса предпочтительно находятся в одной горизонтальной плоскости. Это значительно уменьшает величину сопротивления во время транспортировки по сравнению с водной осадкой и ледокольной осадкой. Промежуточную осадку обычно получают посредством полной дебалластировки плавучего основания с использованием балластной системы, что дает дополнительное преимущество уменьшения веса плавучего основания, что также предпочтительно для транспортировки.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание содержит, по меньшей мере, одну нижнюю палубу ниже рабочей палубы, при этом нижняя палуба интегрирована в ледокольную часть. В результате, по меньшей мере, одна нижняя палуба может предпочтительно использоваться для усиления ледокольной части, таким образом, что другие тяжелые усиливающие конструкции могут быть исключены, и, таким образом, получено оптимальное отношение массы к прочности ледокольной части. Нижние палубы могут предпочтительно использоваться для хранения оборудования, которое в таком случае может быть защищено от жестких внешних условий, обычных в льдистых водах.

В варианте осуществления изобретения водная часть соединительной конструкции содержит множество колонн. Множество колонн может быть расположено между ледокольной частью и рабочей палубой таким образом, чтобы водная часть была расположена выше ледокольной части, или множество колонн может быть расположено между ледокольной частью и, по меньшей мере, одним нижним корпусом, например, по меньшей мере, одним понтоном, таким образом, чтобы водная часть была расположена ниже ледокольной части. Также возможен вариант выполнения, в котором соединительная конструкция содержит несколько ледокольных частей и/или множество водных частей, таким образом, что, например, ледокольная часть может находиться между двумя водными частями, или водная часть может находиться между двумя ледокольными частями.

В варианте осуществления изобретения внешний контур соединительной конструкции имеет форму песочных часов, то есть с перевернутым усеченным конусом поверх усеченного конуса. В первой ситуации перевернутый усеченный конус сформирован водной частью, и усеченный конус сформирован ледокольной частью, и, таким образом, водная часть расположена над ледокольной частью. Во второй ситуации перевернутый усеченный конус сформирован ледокольной частью, и усеченный конус сформирован водной частью, и, таким образом, водная часть расположена под ледокольной частью. В случае, если водная часть имеет коническую форму и содержит множество колонн, это означает, что колонны проходят наклонно относительно вертикальной оси плавучего основания и направлены к узловой точке в пространстве.

В случае первой ситуации, в которой водная часть расположена над ледокольной частью, лед, сталкивающийся с ледокольной частью, отклоняется вверх к рабочей палубе. Перевернутая коническая форма водной части содействует ломке льда и предотвращает отклонение льда на рабочую палубу.

В случае второй ситуации, в которой ледокольная часть расположена над водной частью, лед, сталкивающийся с ледокольной частью, отклоняется вниз, по меньшей мере, к одному понтону. Коническая форма водной части снова содействует ломке льда и предотвращает отклонение льда под плавучее основание, и возможное повреждение якорных оттяжек, которыми плавучее основание может крепиться якорями ко дну моря.

Преимущество нижней части соединительной конструкции, суживающейся вверх, состоит в том, что нижний корпус, соединенный с нижней частью соединительной конструкции, может быть на большом расстоянии от центра плавучего основания, таким образом, улучшая поведение плавучего основания, например увеличивая устойчивость к вызванной волнением моря бортовой качке и килевой качке.

В варианте осуществления изобретения множество колонн распределены предпочтительно равномерно вокруг центрального пространства. Это оставляет центр плавучего основания на уровне высоты водной части свободным, позволяя осуществлять работы, такие как буровые операции, в центре плавучего основания.

В варианте осуществления изобретения одно или более отверстий в водной части, например отверстия между множеством колонн, через которые лед может проникнуть в центральное пространство в водной части, таким образом, возможно, вызывая проблемы или повреждения бурового оборудования, могут быть снабжены сетчатой или решетчатой структурой для предотвращения проникновения льда в центральное пространство через отверстия, в то время как вода может свободно проходить сквозь сетчатую или решетчатую структуру. Сетчатая или решетчатая структура может быть гибкой, но также может быть выполнена в форме жестких стержней, расположенных таким образом, чтобы в отверстиях была образована сетчатая или решетчатая структура. Размер отверстий в сетчатой или решетчатой структуре определяет размер кусков льда, проникновение которых в центральное пространство будет предотвращаться.

Предпочтительно сетчатая или решетчатая структура также может использоваться в качестве нагревательных элементов, например, посредством пропускания горячей воды через жесткие стержни. Фрагменты льда, сталкивающиеся с сетчатой или решетчатой структурой, будут тогда нагреты и будут плавиться, в результате этого, таким образом, снижая риск того, что фрагменты льда создадут проблемы в ходе работы плавучего основания. Горячая вода, проходящая через жесткие стержни, может быть получена, например, из системы водяного охлаждения двигателей, которые тогда будут предпочтительно охлаждаться с использованием сетчатой или решетчатой структуры.

В варианте осуществления изобретения охлаждение оборудования на плавучем основании может быть достигнуто посредством сброса тепла в центральное пространство между множеством колонн. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что фрагменты льда, которые проникли в центральное пространство, подвергаются воздействию тепла и, таким образом, возможность того, что фрагменты льда создадут проблемы, уменьшается.

В варианте осуществления изобретения сетчатую или решетчатую структуру охлаждают, таким образом, получая возможность закрыть отверстия в сетчатой или решетчатой структуре посредством обледенения. Таким образом, отверстия между множеством колонн могут контролируемо закрываться для предотвращения проникновения фрагментов льда в центральное пространство. Когда лед должен быть удален из сетчатой или решетчатой структуры, сетчатая или решетчатая структура может быть нагрета, как описано выше. Охлаждение сетчатой или решетчатой структуры может осуществляться посредством использования холодного воздуха, который легко доступен в низкотемпературной окружающей среде.

В варианте осуществления изобретения нижний корпус представляет собой кольцеобразный нижний корпус, который оставляет центр плавучего основания на уровне высоты нижнего корпуса свободным для осуществления буровых работ. Также возможна комбинация колонн и кольцеобразного нижнего корпуса.

Предпочтительно в рабочей палубе расположена буровая шахта, и в ледокольной палубе расположено отверстие/проем для обеспечения прохождения бурового оборудования, такого как бурильные трубы, через плавучее основание.

В варианте осуществления изобретения защитная стенка может проходить вниз от плавучего основания в центральном пространстве вокруг буровой шахты, как защита бурового оборудования, проходящего через буровую шахту, ото льда, который проник в центральное пространство. Защитная стенка предпочтительно с этой целью проходит ниже водной осадки. Защитная стенка необязательно должна быть сплошной стенкой, но может иметь небольшие отверстия для воздуха и воды для их прохождения сквозь стенку.

В варианте осуществления изобретения дополнительные отверстия или сквозные отверстия проходят через рабочую палубу вплоть до центрального пространства таким образом, чтобы воздух мог проходить между центральным пространством и окружающим пространством плавучего основания через отверстия или сквозные проемы. Предпочтительно отверстия или сквозные проемы снабжены соответствующими клапанами для обеспечения контролируемого открытия или закрытия отверстий/проемов. Это особенно предпочтительно, когда воздух захватывается в центральном пространстве, например, вследствие использования защитной стенки. Когда плавучее основание погружается, давление захваченного воздуха будет увеличиваться, тогда как в случае всплытия плавучего основания давление будет снижаться. Благодаря открытию клапанов в отверстиях или сквозных проемах, воздух может сообщаться с окружающим пространством таким образом, что давление остается по существу постоянным. Кроме того, дополнительные отверстия или сквозные проемы могут проходить от центрального пространства в другую часть плавучего основания, например к боковой поверхности плавучего основания над уровнем воды. Поперечное сечение отверстий или сквозных проемов предпочтительно ограничено для предотвращения слеминга воздуха. Когда достигнута некоторая осадка, соответствующие клапаны могут быть снова закрыты.

В варианте осуществления изобретения количество колонн, содержащихся в водной части, составляет от 4 до 12, предпочтительно от 6 до 10 и более предпочтительно 8.

В варианте осуществления изобретения район соединительной конструкции, пересекающий водную поверхность при водной осадке в условиях водной осадки, содержит множество отдельных поперечных сечений, соответствующих соответствующему множеству колонн. Множество отдельных поперечных сечений могут быть размещены по окружности, образуя описанную окружность и вписанную окружность. Описанная окружность и вписанная окружность совместно формируют кольцевую форму. Суммарная площадь сечения множества отдельных поперечных сечений, пересекаемых водной поверхностью при водной осадке, предпочтительно составляет между 50 и 70% общей площади кольца. Более предпочтительно суммарная площадь сечения множества поперечных сечений составляет приблизительно 60% общей площади кольца. Когда это скомбинировано с признаком наличия приблизительно 8 колонн в водной части, как описано выше, может быть достигнут оптимум относительно поведения движения плавучего основания относительно структурной выполнимости.

Преимущество варианта выполнения, который имеет колонны, заключается в том, что объем воды, окруженной колоннами, имеет тенденцию поведения частично замкнутой системы. Указанный объем воды в состоянии сообщаться с окружающей водой только через проемы между колоннами и предпочтительный проем в нижнем корпусе, предпочтительно кольцевом нижнем корпусе. Посредством задания размера указанных проемов и, таким образом, задания сопротивления потоку воды, вытекающей из объема воды в окружающую воду или наоборот, поведение объема воды может быть оптимизировано.

Например, объем воды будет иметь так называемый поршневой режим вертикального движения воды, в котором посредством задания размера существующих отверстий можно регулировать частоту этого движения в поршневом режиме. В результате, частота движения в поршневом режиме может быть отрегулирована таким образом, что объем воды движется в противоположной фазе относительно движения воды, окружающей полупогружное плавучее основание. В результате, возбуждающие силы, воздействующие на плавучее основание, вызванные вертикальным движением объема воды и движением окружающей воды, будут компенсировать друг друга таким образом, что вертикальное движение плавучего основания остается относительно небольшим.

Ограниченное вертикальное движение является важным требованием в случае использования полупогружного плавучего основания как плавучего бурового основания на открытой воде. Естественный период вертикальной качки предпочтительно более продолжителен, чем типичный диапазон периодов волны на участке, где работает плавучее основание. Обычно естественный период вертикальной качки, составляющий 21 секунду, считается необходимым для работы в жестких внешних условиях.

Благодаря оптимизации размера указанных выше проемов, которые могут быть оптимизированы посредством оптимизации формы и размера колонн и/или нижнего корпуса, период собственных колебаний движения в поршневом режиме может быть установлен в типичном диапазоне 4-15 секунд. В результате, компенсирующий эффект все еще происходит с периодами, которые короче, чем естественный период вертикальной качки плавучего основания. Оптимум может быть найден посредством минимизации и вертикального движения в диапазоне периодов волны, и вертикального движения вокруг естественного периода вертикальной качки.

В примере, когда нижний корпус представляет собой кольцеобразный нижний корпус, то есть кольцеобразный понтон, форма и размер понтона могут быть оптимизированы в стадии проектирования плавучего основания посредством изменения внутреннего и/или наружного диаметра понтона, сохраняя постоянным суммарный объем понтона для сохранения одинаковой плавучести. Если вертикальная высота понтона будет постоянной, изменение внутреннего диаметра будет автоматически определять наружный диаметр. Было обнаружено, что регулирование формы проема в кольцеобразном понтоне и, таким образом, изменение формы понтона имеет больше влияния на поведение, чем регулирование формы проемов между колоннами.

В варианте осуществления изобретения отверстие в нижнем корпусе и/или проемы между колоннами можно регулировать в ходе работы, например, подвижными барьерами на плавучем основании. Таким образом, частота движения в поршневом режиме может быть изменена и приспособлена к водным условиям, таким образом, будучи способной регулировать поведение плавучего основания в ходе работы.

В варианте осуществления изобретения водная часть может иметь замкнутый контур. Преимущество состоит в том, что оборудование, проходящее через центр плавучего основания, защищено от окружающей среды, например ветра, льда и т.д.

Преимущество водной части, содержащей колонны, над водной частью, имеющей замкнутый внешний контур, состоит в том, что в случае с буровой шахтой в рабочей палубе количество воздуха, проходящего через буровую шахту в результате движений плавучего основания или воды, минимизировано, поскольку воздух может проходить через проемы между колоннами.

Плавучее основание также может включать якорные оттяжки, например, в форме якорных цепей, которые могут содержаться в цепных ящиках, расположенных в нижней части плавучего основания, например в нижнем корпусе или понтоне. Когда якорные цепи связаны с дном моря, цепные ящики по существу пусты и могут использоваться балластной системой для балластировки и дебалластировки плавучего основания, то есть цепные ящики могут быть заполнены водой и/или воздухом для балластировки и дебалластировки плавучего основания.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание конфигурировано таким образом, что центр тяжести плавучего основания может быть расположен выше центра плавучести, по меньшей мере, при одной из его осадок. Предпочтительно центр тяжести расположен выше центра плавучести при водной осадке. При ледокольной осадке центр плавучести может быть расположен выше центра тяжести.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание может быть снабжено системой динамического позиционирования, имеющей подруливающие устройства, установленные, например, на нижнем корпусе, для позиционирования плавучего основания в желательном положении.

Изобретение также относится к буровой установке для бурения подводной скважины, например нефтяной, газовой или тепловой скважины, при помощи указанной установки, при этом установка содержит:

- вышку;

- подъемное средство, приспособленное для манипулирования бурильными трубами, по меньшей мере, в одной проходящей вертикально линии монтажа труб;

- устройство хранения для хранения бурильных труб;

- трубоукладчик для перемещения бурильных труб между устройством хранения и, по меньшей мере, одной линией монтажа труб,

в котором вышка имеет по большей части ее длины, предпочтительно по всей ее длине, круговое поперечное сечение на виде в плане.

Вышка имеет замкнутый внешний контур с внешней стенкой. Это позволяет использовать буровую установку в суровых условиях, например в льдистых водах.

Преимущества кругового поперечного сечения состоят в том, что вышка имеет более аэродинамический профиль, приводящий к снижению нагрузок на вышку вследствие ветра и независимости нагрузки от ориентации вышки. Вышки, которые приспособлены к зимним условиям и, таким образом, имеют замкнутый внешний контур, являются более восприимчивыми к ветровым нагрузкам, чем нормальная открытая вышка, таким образом, что круговое поперечное сечение более предпочтительно в этой ситуации, чем для открытой вышки.

В варианте осуществления изобретения вышка имеет коническую форму, предпочтительно узкую коническую форму, в которой высота вышки больше, чем максимальный диаметр вышки. Вышка может иметь форму усеченного конуса, возможно, имеющего закрытую вершину для предотвращения проникновения снега или дождя в вышку сверху.

В варианте осуществления изобретения устройство хранения и трубоукладчик расположены в вышке. Это особенно предпочтительно в случае с приспособленной к зимним условиям вышкой, в которой желательна защита всего оборудования. Это дополнительно упрощает обращение с бурильными трубами в вышке. В комбинации с отдельным местоположением хранения бурильных труб, находящимся ниже буровой установки, например на нижней палубе плавучего основания, бурильные трубы могут быть перемещены между вышкой и отдельным местоположением хранения, не подвергаясь воздействию суровых внешних условий и, таким образом, не требуя больших отверстий в вышке. Это же может относиться к самому устройству хранения.

В варианте осуществления изобретения замкнутый внешний контур сформирован из листового материала, удерживаемого каркасом.

В варианте осуществления изобретения замкнутый внешний контур сформирован из листового материала, который является самонесущим, то есть не требует отдельного каркаса для поддержки листового материала, и может быть усилен усиливающими элементами, например ребрами или элементами жесткости на внутренней или внешней поверхности внешнего контура.

Изобретение также относится к полупогружному плавучему основанию, содержащему буровую установку согласно изобретению, например описанному здесь плавучему основанию.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание содержит круглую рабочую палубу, сформированную круглыми или расположенными по кругу элементами конструкции, при этом вышка интегрирована с элементами конструкции рабочей палубы. Благодаря круговому поперечному сечению вышки буровая установка может быть легко приспособлена к конструкции полупогружного плавучего основания.

Круглое полупогружное плавучее основание может содержать вертикальные элементы конструкции, которые проходят в радиальном направлении, как можно видеть на виде в плане. Круговая вышка может быть легко интегрирована с этими элементами конструкции таким образом, чтобы нагрузки, вызванные вышкой, могли быть эффективно переданы элементам конструкции без слишком больших деформаций и/или проблем усиления.

В варианте осуществления изобретения плавучее основание содержит буровую шахту, через которую буровая установка может осуществлять операции бурения, и участок стенки, образующий внешний периметр буровой шахты, интегрирован с вышкой буровой установки, расположенной над буровой шахтой.

В варианте осуществления изобретения полупогружное плавучее основание представляет собой полупогружное плавучее основание, как описано выше.

Изобретение также относится к способу эксплуатации полупогружного плавучего основания согласно изобретению, в котором балластная система работает для изменения осадки полупогружного плавучего основания для получения водной осадки, когда полупогружное плавучее основание находится в свободных ото льда водах, и в котором балластная система работает для изменения осадка полупогружного плавучего основания для получения ледокольной осадки, когда полупогружное плавучее основание находится в льдистых водах.

Изобретение также относится к полупогружному плавучему основанию для морских работ, которое пригодно для работы в льдистых водах и в свободных ото льда водах, причем указанное плавучее основание содержит:

- круглую рабочую палубу для размещения оборудования;

- кольцевой, то есть кольцеобразный, нижний корпус, например понтон;

- соединительную конструкцию между нижним корпусом и рабочей палубой;

- балластную систему для балластировки или дебалластировки плавучего основания;

в котором соединительная конструкция имеет водную часть и ледокольную часть, причем указанная ледокольная часть расположена поверх водной части,

в котором водная часть содержит колонны, скомпонованные в круговой форме и проходящие наклонно внутрь от нижнего корпуса,

в котором ледокольная часть имеет замкнутый суживающийся вниз конический контур таким образом, что соединительная конструкция имеет форму песочных часов,

в котором плавучее основание конфигурировано таким образом, что оно имеет ледокольную осадку для льдистых вод, при которой уровень воды или льда находится по существу вровень с ледокольной частью, и водную осадку для свободных ото льда вод, при которой уровень воды находится по существу вровень с водной частью, и в котором при водной осадке суммарная площадь сечения колонн, пересекающих водную поверхность, меньше суммарной площади сечения ледокольной части соединительной конструкции, пересекающей водную поверхность при ледокольной осадке.

Указанное полупогружное плавучее основание может также содержать признаки, уже описанные выше, если они применимы.

Изобретение теперь будет описано без внесения ограничений со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным частям и на которых:

фиг.1 - вид вертикального сечения полупогружного плавучего основания в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 - вид горизонтального сечения водной части полупогружного плавучего основания, показанного на фиг.1; и

фиг.3A - очень схематический вид в перспективе полупогружного плавучего основания, показанного на фиг.1;

фиг.3B - вид полупогружного плавучего основания, показанного на фиг.3A, снабженного дополнительным признаком;

фиг.4 - очень схематический вид в перспективе полупогружного плавучего основания в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.5 - вид горизонтального сечения буровой установки в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.6 - вид в перспективе с частичным вырезом полупогружного плавучего основания с буровой установкой в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.1 показано вертикальное сечение полупогружного плавучего основания 1 согласно варианту осуществления изобретения. Плавучее основание 1 содержит рабочую палубу 3 для размещения оборудования. В этом варианте осуществления изобретения оборудование содержит буровую установку 4 с вышкой 4a и подъемное средство, содержащее соединитель 4b с нагрузкой, удерживающий верхний привод 4c, подъемный канат 4d и подъемную лебедку 4e. Вышка 4a может иметь закрытую стенку с кольцевым поперечным сечением на виде в плане. В этом варианте осуществления изобретения большая часть вышки, таким образом, имеет цилиндрическую форму. Поверх цилиндрической конфигурации расположена конусообразная часть.

Плавучее основание 1 также содержит понтон 5 и по существу вертикальную соединительную конструкцию 7 между понтоном 5 и рабочей палубой 3.

На разных высотах соединительной конструкции показаны штриховые горизонтальные линии 11, 13, 14, 15, указывающие разные части соединительной конструкции. Между штриховыми линиями 11 и 13 расположена по существу кольцевая ледокольная часть 17, имеющая замкнутый конический контур 21. Здесь конус обращен вниз. На штриховой линии 11 диаметр ледокольной части 17 может, например, составлять приблизительно 106 м, тогда как диаметр на штриховой линии 13 может составлять приблизительно 90 м. Между штриховыми линиями 13 и 14 расположена промежуточная часть, как будет описано более подробно ниже. Между штриховыми линиями 14 и 15 расположена водная часть. Ледокольная часть 17, таким образом, в этом варианте осуществления изобретения находится поверх водной части 19.

Плавучее основание 1 также содержит водяную балластную систему. В этом варианте осуществления изобретения балластная система содержит множество балластных отсеков 9, которые расположены в понтоне 5. Балластная система конфигурирована для балластировки и дебалластировки плавучего основания и, таким образом, изменения осадки плавучего основания, как будет описано более подробно ниже. Балластировка плавучего основания может быть осуществлена посредством заполнения водой резервуаров в понтоне и, возможно, также резервуаров в соединительной конструкции. Дебалластировка плавучего основания может быть осуществлена посредством опустошения указанных резервуаров в понтоне и, возможно, в соединительной конструкции. Здесь упомянуто, что водяная балластная система и ее работа известны в данной области полупогружных плавучих оснований и не будет описана здесь более подробно.

Плавучее основание 1 конфигурировано так, что оно имеет ледокольную осадку для льдистых вод, при которой уровень 23 воды или льда находится по существу вровень с ледокольной частью 17, и водную осадку для свободных ото льда вод, при которой уровень 25 воды находится вровень с водной частью 19.

В этом варианте осуществления изобретения плавучее основание также имеет промежуточную осадку для транспортировки, при которой уровень 27 воды находится вровень с понтоном 5, и осадку выживания для суровых морских условий, при которой уровень 29 воды находится вровень с водной частью, но ниже уровня 25 воды во время нормального функционирования. Благодаря этому более низкому уровню воды плавучее основание в состоянии лучше выдерживать условия бурного моря с относительно высокими волнами, поскольку достижение относительно высокими волнами рабочей палубы менее вероятно.

На фиг.1 все уровни 23, 25, 27, 29 воды показаны одновременно. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что только один уровень воды может быть применим в одно время. Все уровни воды показаны только для пояснения изобретения.

Высота плавучего основания 1 между дном понтона и палубой 3 может составлять около 50 м. В этом случае уровень 23 льда может быть на расстоянии приблизительно 40 м выше дна понтона 5, и уровень 25 воды может быть на расстоянии приблизительно 18-22 м выше дна понтона 5.

Плавучее основание 1 также содержит нижние палубы 31 ниже палубы 3, при этом нижние палубы в этом случае интегрированы в ледокольную часть соединительной конструкции.

Ледокольная часть имеет дискообразную форму, которая образует жесткую конструкцию, способную выдерживать высокие силы льда, окружающего плавучее основание.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, водная часть содержит множество колонн 33, равномерно распределенных вокруг центрального пространства 35 под палубами. На фиг.1 показаны только две колонны 33.

Множество колонн 33 здесь проходят наклонно внутрь относительно вертикального направления от понтона таким образом, что в комбинации с суживающейся вниз ледокольной частью внешний контур соединительной конструкции имеет форму песочных часов. Ледокольная часть 17 формирует перевернутый верхний усеченный конус формы песочных часов, и колонны формируют нижний усеченный конус формы песочных часов. Преимущество формы песочных часов состоит в том, что понтон 5 на нижнем конце формы песочных часов может иметь относительно большой внешний радиус, что улучшает поведение плавучего основания.

Показанный понтон 5 является кольцеобразным и имеет круговой внешний контур и круговой внутренний контур. Предпочтительно, как показано в этом варианте осуществления изобретения, понтон имеет большое горизонтальное поперечное сечение по сравнению с водной частью, поскольку большое горизонтальное поперечное сечение понтона 5 обеспечивает гашение движений, вызываемых волнением моря.

Буровая шахта 37 здесь проходит через рабочую палубу и нижние палубы ледокольной части таким образом, что буровые операции могут осуществляться через буровую шахту 37 и центральное пространство 35 и через проем 39 кольцеобразного понтона 5.

Вниз от плавучего основания, то есть вниз от нижних палуб 31 в центральном пространстве 35 вокруг буровой шахты 37 проходит вертикальная стенка 36. Вертикальная стенка проходит ниже уровня 25 воды, соответствующего водной осадке, таким образом, что при водной осадке фрагменты льда, которые проникают в центральное пространство через проемы между колоннами 33, не могут достигать бурового оборудования, которое проходит через буровую шахту в воду. Вертикальная стенка 36 может быть снабжена небольшими отверстиями, позволяющими воде и воздуху (и, предпочтительно, фрагментам льда, имеющим достаточно малую величину, чтобы не представлять какую-либо угрозу для бурового оборудования) проходить сквозь вертикальную стенку.

Из центрального пространства 35 через палубы во внешнюю среду проходят два сквозных отверстия, соответственно, сквозные отверстия 51 и 57. Сквозное отверстие 51 является сквозным отверстием, которое проходит от центрального пространства до рабочей палубы 3. Сквозное отверстие 57 проходит от центрального пространства 35 к борту плавучего основания. Оба они способны обеспечивать обмен воздуха между центральным пространством и внешней средой.

В сквозном отверстии 51 расположен клапан 53, который находится на рабочей палубе 3. Клапан 55 также расположен в сквозном отверстии 57, но клапан 55 расположен в промежуточном положении в сквозном отверстии 57, а не в конце сквозного отверстия, как в случае с клапаном 53 и соответствующим сквозным отверстием 51. Оба клапана 53, 55 показаны в открытом состоянии, но могут быть закрыты для закрытия соответствующих сквозных отверстий. Клапаны могут использоваться для влияния на поведение плавучего основания, поскольку они влияют на поведение потока воздуха между центральным пространством и внешней средой, и воздух в центральном пространстве может оказывать огромное влияние на поведение вследствие его пружинного поведения, когда он, по меньшей мере, частично захвачен.

На палубах плавучего основания может находиться оборудование, которое генерирует отходящее тепло, например, двигатели и электродвигатели. Это тепло может сбрасываться от оборудования на палубах в центральное пространство 35, как схематично обозначено стрелкой 59, для нагревания там воздуха и предпочтительно также нагревания прямо или косвенно фрагментов льда, случайно проникших в центральное пространство 35, чтобы минимизировать влияние фрагментов льда на работу плавучего основания посредством плавления фрагментов льда.

На фиг.2 показан вид горизонтального сечения водной части 19 полупогружного плавучего основания 1, показанного на фиг.1. Здесь можно видеть, что в этом варианте осуществления изобретения применены восемь колонн 33, которые соединяют ледокольную часть 17 и понтон 5, показанный на фиг.1. Эти восемь колонн 33 равномерно распределены вокруг центрального пространства 35 по окружности. Совместно эти восемь колонн, то есть поперечные сечения этих восьми колонн образуют вписанную окружность 41 и описанную окружность 43. Окружности 41 и 43 совместно формируют кольцо.

В этом варианте осуществления изобретения поперечные сечения колонн являются секционными частями круга, то есть их поперечные сечения точно вписываются в кольцо. Однако поперечные сечения также могут быть прямоугольными или круглыми. Кроме того, сами колонны могут не быть расположенными по правильной окружности и могут, например, образовывать овал или прямоугольник.

Суммарная площадь поперечных сечений колонн предпочтительно составляет 50-70%, в этом варианте осуществления изобретения, приблизительно 60% общей площади кольца, сформированного окружностями 41 и 43.

Как показано на фиг.1, соединительная конструкция также содержит промежуточную часть 18 между штриховыми линиями 13 и 14, которая является предпочтительным вариантом. Промежуточная часть имеет замкнутый, проходящий вертикально контур 22, который содействует ломке льда при ледокольной осадке. Лед, сталкивающийся с контуром 21, будет отклоняться вниз к водной части. Если промежуточная часть 22 отсутствует, существует возможность того, что указанный лед будет двигаться между колоннами в центральное пространство 35 и может повредить там буровое оборудование. Благодаря расположению промежуточной части 22 прямо под частью 19 отклоняемый лед будет сначала сталкиваться с промежуточной частью, прежде чем достигнуть водной части, таким образом, что лед сначала колется, и возможность проникновения льда в центральное пространство уменьшается, и даже когда лед достигает центрального пространства, повреждающее воздействие уменьшается, поскольку лед разбит на меньшие фрагменты. Когда водная часть имеет замкнутый контур, промежуточная часть может быть исключена, поскольку возможность проникновения льда в пространство 35 уменьшается вследствие наличия замкнутого контура.

На фиг.3A показан очень схематический вид в перспективе полупогружного плавучего основания 1 в соответствии с фиг.1. Буровое оборудование 4 и буровая шахта 37 на этом чертеже опущены. Сверху вниз, соответственно, показаны рабочая палуба 3, ледокольная часть 17, водная часть 19, колонны 33 и понтон 5.

Рабочая палуба 3 имеет круговую форму, но может использоваться любая произвольная форма. Как можно видеть, непосредственно под рабочей палубой расположена ледокольная часть, таким образом, что она частично интегрирована с нижними палубами под рабочей палубой.

На фиг.3B показано полупогружное плавучее основание 1, показанное на фиг.3A, но теперь - включающее решетчатую структуру в проемах между колоннами 33. Решетчатая структура в этом варианте осуществления изобретения сформирована жесткими стержнями 34 (из которых только некоторые обозначены ссылочной позицией 34 для ясности). Жесткие стержни образуют решетку с отверстиями, которые достаточно малы, чтобы предотвращать проникновение в плавучее основание через проемы между колоннами фрагментов льда, которые являются достаточно большими, чтобы составлять угрозу для оборудования в плавучем основании. В альтернативном варианте осуществления изобретения решетчатая структура может быть выполнена с использованием сети с гибкими канатами или тросами вместо жестких стержней.

В варианте осуществления изобретения проникновение кусков или фрагментов льда в центральное пространство может предотвращаться посредством охлаждения решетчатой структуры, таким образом, формируя лед между жесткими стержнями 34 и закрывая отверстия в решетчатой структуре. Когда отверстия в решетчатой структуре должны быть открыты снова, решетчатая структура может быть нагрета для удаления льда. Нагревание решетчатой структуры может также предпочтительно использоваться для нагревания фрагментов льда, проходящих через отверстия в решетчатой структуре.

Охлаждение решетчатой структуры может предпочтительно осуществляться с использованием холодного воздуха из окружающей среды, например, посредством пропускания холодного воздуха через жесткий стержень, который может с этой целью иметь центральный канал. Такой же канал может использоваться для пропускания теплой текучей среды, например, нагретой охлаждающей воды от двигателя, через жесткие стержни для нагревания решетчатой структуры.

На фиг.4 показан очень схематический вид в перспективе полупогружного плавучего основания 1 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Плавучее основание 1 подобно плавучему основанию 1, показанному на фиг.3A, но его водная часть 19 имеет замкнутый контур 24 вместо колонн.

На фиг.5 показан вид горизонтального сечения буровой установки согласно варианту осуществления изобретения. Буровая установка содержит вышку T, имеющую стенку OC с круглым замкнутым внешним контуром на виде в плане.

Буровая установка также содержит подъемное средство, приспособленное для манипулирования бурильными трубами, по меньшей мере, в одной проходящей вертикально линии FL монтажа труб. Подъемное средство может частично или полностью располагаться в вышке Т. Подъемные лебедки предпочтительно расположены вне вышки в отдельной камере, особенно когда внешний контур закрыт.

В вышке T расположены первое устройство FS хранения и второе устройство SS хранения для хранения бурильных труб. Устройства хранения могут иметь гнезда или мостки для установки свечей бурильных труб, в которых бурильные трубы могут быть подвешены вертикально. Между первым устройством FS хранения и линией монтажа труб расположен первый трубоукладчик FP для перемещения бурильных труб между первым устройством хранения и линией монтажа труб. Аналогично, второй трубоукладчик SP расположен между вторым устройством хранения и линией монтажа труб для перемещения бурильных труб между вторым устройством хранения и линией монтажа труб.

На фиг.6 показано с частичным сечением полупогружное плавучее основание 1, содержащее буровую установку согласно изобретению.

Плавучее основание 1 содержит рабочую палубу 3, понтон, скрытый под водой, и соединительную конструкцию 7, соединяющую рабочую палубу с понтоном. Соединительная конструкция содержит ледокольную часть 17, имеющую конический внешний контур, и водную часть 19. Совместно ледокольная часть и водная часть образуют форму песочных часов.

Через рабочую палубу и ледокольную часть проходит буровая шахта 37 для осуществления операций бурения через плавучее основание. Для бурения скважины плавучее основание содержит буровую установку на поверхности рабочей палубы. Для простоты показаны только вышка T и линия FL монтажа труб. Вышка имеет замкнутый внешний контур OC, который частично вырезан, чтобы показать внутреннюю часть вышки T. Внешний контур OC в этом варианте осуществления изобретения сформирован из листового материала, который является самонесущим, то есть не нуждается в каркасе для подержания его формы. Однако во время бурения нагрузки на вышку могут быть относительно большими, и, таким образом, в этом варианте осуществления изобретения внешний контур усилен ребрами SR жесткости, проходящими на внутренней части вышки T. В качестве альтернативы, они могут проходить снаружи вышки. В этом варианте осуществления изобретения ребра SR жесткости имеют спиральную форму и проходят от основания до вершины вышки.

На фиг.6 не показано, что вершина вышки T может быть закрыта надлежащим образом, чтобы предотвращать попадание дождя или снега в вышку сверху.

Изобретение относится к полупогружному плавучему основанию для морских работ, которое пригодно для работы в льдистых водах и в свободных ото льда водах. Плавучее основание содержит рабочую палубу, по меньшей мере один нижний корпус, по существу вертикальную соединительную конструкцию между нижним корпусом и рабочей палубой, балластную систему. Соединительная конструкция имеет водную часть, возможно промежуточную часть и ледокольную часть, скомпонованные друг на друге. Ледокольная часть имеет замкнутый конический контур. Плавучее основание имеет ледокольную осадку для льдистых вод и водную осадку для свободных ото льда вод. При водной осадке суммарная площадь сечения водной части соединительной конструкции, пересекающей водную поверхность, меньше суммарной площади сечения ледокольной части соединительной конструкции, пересекающей водную поверхность при ледокольной осадке. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик плавучего основания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Полупогружное плавучее основание (1) для морских работ, предназначенное для работы в льдистых водах и в свободных ото льда водах, содержащее:
- рабочую палубу (3) для размещения оборудования;
- по меньшей мере один нижний корпус (5);
- по существу вертикальную соединительную конструкцию (7) между по меньшей мере одним нижним корпусом и рабочей палубой;
- балластную систему для балластировки или дебалластировки плавучего основания;
при этом соединительная конструкция состоит из водной части (19), возможно промежуточной части (18) и ледокольной части (17), расположенных друг на друге,
плавучее основание выполнено так, что оно имеет ледокольную осадку для льдистых вод, при которой уровень (23) воды или льда находится по существу вровень с ледокольной частью, и водную осадку для свободных ото льда вод, при которой уровень (25) воды находится по существу вровень с водной частью,
причем ледокольная часть имеет единый замкнутый конический контур (21),
и суммарная площадь сечения водной части (19) соединительной конструкции, пересекающейся с водной поверхностью, при водной осадке меньше суммарной площади сечения ледокольной части (17) соединительной конструкции, пересекающейся с водной поверхностью при ледокольной осадке.

2. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором ледокольная часть расположена между водной частью (19) и рабочей палубой (3).

3. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором водная часть (19) расположена между ледокольной частью (17) и по меньшей мере одним нижним корпусом (5), например по меньшей мере одним понтоном (5).

4. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором ледокольная часть (17) по существу круглая и предпочтительно имеет единый замкнутый контур.

5. Полупогружное плавучее основание по п. 1, которое содержит по меньшей мере одну нижнюю палубу (31) ниже рабочей палубы (3), причем по меньшей мере одна нижняя палуба интегрирована в ледокольную часть (17).

6. Полупогружное плавучее основание по п. 1, содержащее буровую установку (4) для подводного бурения и буровую шахту (37), проходящую через одну или более палуб, с помощью которых могут осуществляться буровые операции.

7. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором водная часть (19) соединительной конструкции образована множеством колонн (33).

8. Полупогружное плавучее основание по п. 7, в котором колонны проходят от нижнего корпуса наклонно внутрь в направлении центра плавучего основания.

9. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором водная часть (19) имеет одно или более отверстий с сетчатой или решетчатой структурой (34) для предотвращения попадания льда через одно или более отверстий в центральное пространство (35) водной части.

10. Полупогружное плавучее основание по п. 9, в котором сетчатая или решетчатая структура выполнена с возможностью использования в качестве нагревающего и/или охлаждающего элемента.

11. Полупогружное плавучее основание по п. 6, дополнительно содержащее защитную стенку (36), проходящую вниз от основания в центральное пространство (35) вокруг буровой шахты, в качестве защиты бурового оборудования, проходящего через буровую шахту, от льда, проникшего в центральное пространство, причем предпочтительно защитная стенка проходит до уровня ниже водной осадки.

12. Полупогружное плавучее основание по п. 1, в котором через рабочую палубу (3) вплоть до центрального пространства ниже рабочей палубы проходят одно или более дополнительных отверстий или сквозных каналов (51, 57) таким образом, что воздух может протекать между центральным пространством и средой вокруг основания по отверстиям или сквозным каналам, при этом отверстия или сквозные каналы предпочтительно имеют соответствующие клапаны (55) для обеспечения регулируемых открывания и закрывания отверстий или сквозных каналов.

13. Полупогружное плавучее основание по п. 9, в котором площадь соединительной конструкции (7), пересекаемая поверхностью воды при водной осадке, в условиях водной осадки содержит множество отдельных поперечных сечений, соответствующих соответствующему множеству колонн, причем множество отдельных поперечных сечений размещено по кругу, чтобы образовать описанную окружность (43) и вписанную окружность (41), которые совместно образуют форму кольца, при этом суммарная площадь множества отдельных поперечных сечений от пересечения поверхностью воды в водной осадке составляет от 50% до 70%, предпочтительно 60%, общей площади формы кольца, причем предпочтительно водная часть (19) содержит восемь колонн.

14. Полупогружное плавучее основание по п. 7, в котором нижний корпус (5) имеет форму кольца с проемом (39), причем проем нижнего корпуса и/или проемы между множеством колонн могут регулироваться во время работы.

15. Способ управления полупогружным плавучим основанием (1) по любому из пп. 1-14, согласно которому управляют балластной системой (9) для изменения осадки полупогружного плавучего основания на водную осадку, когда полупогружное плавучее основание находится в свободных ото льда водах, и управляют балластной системой (9) для изменения осадки полупогружного плавучего основания на ледокольную осадку, когда полупогружное плавучее основание находится в льдистых водах.