Способ установки палубы на морскую платформу (варианты) и понтон для его осуществления

(51)7 63 35/44, 02 17/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Лайл Дэвид ФиннДжон Эдвин ХоалкиардЭдвард Е. Хортон,(54) СПОСОБ УСТАНОВКИ ПАЛУБЫ НА МОРСКУЮ ПЛАТФОРМУ (ВАРИАНТЫ) И ПОНТОН ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к постройке и монтажу морских сооружений, используемых при бурении и добыче углеводородного сырья. Технический результат - независимость размеров платформы и устройства установки палубы, умень шение стоимости морского сооружения и сокращение времени, требуемого для его монтажа. Для этого применяют два независимых понтона,каждый из которых имеет две разнесенные вертикальные колонны. На каждом понтоне несущая балка, прикрепленная к колоннам, перекрывает пространство между колоннами. Каждый понтон снабжен балластными камерами, которые позволяют производить независимо загрузку и разгрузку балласта, чтобы управлять глубиной погружения понтона для приема палубы или установки палубы на морскую платформу. Понтоны могут быть загружены балластом во время транспортировки палубы так,что главная часть корпуса понтона находится ниже зоны значительного воздействия волн, и колонны занимают относительно малую площадь водной поверхности. Понтоны позволяют размещать палубу непосредственно над морской платформой. Для плавучих платформ понтоны загружают балластом и одновременно разгружают от балласта плавучую платформу, чтобы переместить палубу на плавучую платформу. 8971 Изобретение относится к постройке и монтажу морских сооружений, используемых при бурении и добыче углеводородного сырья, и, в частности, к установке палубы на морскую платформу. Известно (Зинковский Н.Б. Подводные работы на нефтепромыслах. М. Недра, 1984, с. 57), что при постройке и монтаже морских сооружений, используемых при бурении и добыче углеводородного сырья, значительно легче и дешевле строить большое морское сооружение на берегу и буксировать его к месту эксплуатации, чем строить сооружение в море. Поэтому для уменьшения стоимости сооружения следует пытаться свести к минимуму объем морских работ. Однако, несмотря на эти усилия, в каждом случае требуется производить некоторый объем морских работ. В прошлом при монтаже больших морских сооружений палубу часто изготавливали в виде одного большого блока и устанавливали ее полностью собранной, поднимая с буксировочных барж и размещая ее на платформе. Так как палубы становились больше и тяжелее, уменьшалось число тяжелых кранов, способных справиться с такой нагрузкой. Когда палуба стала слишком большой и тяжелой, такой,что краны не могли ее поднять, палубу стали делить на меньшие блоки, такие, чтобы каждый из них мог быть поднят на место. Это удлинило процесс установки, так как требовались многочисленные подъемы, и отдельные блоки, установленные на место,должны были быть соединены и испытаны, что требовало большого объема работы, выполняемой в море. Альтернативой способу разделения палубы на меньшие блоки служил способ построения палубы на берегу в завершенном виде, а затем погрузки ее волоком на относительно узкую баржу так, что стороны палубы выступали за борта баржи. Баржу затем буксировали к месту установки, где ею маневрировали между вертикальными опорами (для этого нужна узкая баржа, способная маневрировать в широких проемах между вертикальными опорами платформы). На месте установки баржу следовало загружать балластом, этим увеличивая ее осадку, и устанавливать палубу на вертикальные опоры платформы. После этого баржа выводилась из-под палубы и затем разгружалась от балласта. В этом способе есть несколько недостатков. Во-первых, для приема баржи платформа в центре по ватерлинии должна иметь большое открытое пространство. Вовторых, баржа должна иметь достаточную ширину,обеспечивающую ее устойчивость после погрузки палубы. Поэтому структурная эффективность платформы и баржи так же, как платформы и палубы,являются взаимосвязанными величинами. Способ загрузки балласта при установке палубы на платформу также ставит ряд проблем. Загрузка балласта должна проходить быстро, почти мгновенно, в тот момент, когда палуба оказывается в нужном месте и когда она правильно выровнена относительно платформы. Любая внезапная волна или по 2 рыв ветра могут привести к нарушению выравнивания или же сдвиг баржи может привести к повреждению палубы или платформы. С приходом плавучих сооружений рангоутного типа и платформ с напряженными опорами загрузка балласта в судно, доставляющее палубу, уже не могла выполняться столь быстро. Например, большая палуба весом 15000 тонн заставит плавучее сооружение двигаться вниз, если платформа не будет разгружена от балласта, чтобы скомпенсировать увеличившийся вес, при этом она может потерять плавучесть и затонуть. Чтобы избежать этого, следует выкачать большой объем воды из платформы, и это должно быть сделано быстро, чтобы избежать повторных бросков палубы на платформу в условиях волнения на море. Известны способ и устройство (патент США 5403124), использующие буксировочное полупогруженное судно для транспортировки и установки палубы на морскую платформу. Буксировочное судно имеет форму, характеризующуюся устьем, в которое помещается платформа, на которую устанавливают палубу. Недостатком изобретения, описанного в патенте 5403124, является то, что оно может быть использовано только при установке палуб на платформы, размер которых не превышает предел, определяемый размерами буксировочного судна. Задача изобретения заключается в разработке способа и устройства установки палубы на морскую платформу, которые бы не были связаны с формой и размерами морской платформы и позволяли бы осуществлять установку палубы как на плавучие, так и на стационарные морские платформы. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, - независимость размеров платформы и устройства установки палубы, а вследствие этого уменьшение стоимости морского сооружения и сокращение времени, требуемого для его монтажа. Требуемый технический результат достигается тем, что так же, как в известном способе установки палубы на плавучую морскую платформу, грузят палубу на устройство транспортировки и установки,транспортируют и размещают палубу над плавучей морской платформой, загружают балластом устройство транспортировки и установки и разгружают от балласта плавучую морскую платформу и перемещают палубу на плавучую морскую платформу. Однако, в отличие от известного способа, палубу размещают на транзитной барже так, чтобы края палубы выступали за борта баржи, осуществляют перестановку палубы с баржи, по меньшей мере, на два независимых плавучих понтона, каждый из которых состоит из главной части корпуса, двух вертикальных колонн, разнесенных по длине корпуса, и несущей балки между вышеуказанных колонн,транспортируют понтоны к месту размещения плавучей морской платформы и перемещают палубу на плавучую морскую платформу. 8971 Достижению технического результата способствует также то, что для перестановки палубы с транзитной баржи на независимые плавучие понтоны загружают вышеуказанные понтоны балластом так,что несущие балки понтонов оказываются ниже нижней поверхности палубы, подводят затопленные понтоны к каждому борту баржи так, что понтоны оказываются под палубой, разгружают балласт из понтонов так, что, всплывая, понтоны начинают поддерживать палубу независимо от баржи. Способствует также то, что процедура перемещения палубы с понтонов на плавучую морскую платформу включает размещение понтонов в месте установки плавучей морской платформы так, что палуба оказывается выше верхней части плавучей морской платформы, загрузку балластом понтонов, разгрузку от балласта вышеуказанной платформы и перемещение палубы на плавучую морскую платформу. Требуемый технический результат достигается также тем, что, в отличие от известного способа, в варианте способа установки палубы на морскую платформу палубу размещают на транзитной барже так, чтобы края палубы выступали за борта баржи,осуществляют перестановку палубы с баржи, по меньшей мере, на два независимых плавучих понтона, каждый из которых состоит из главной части корпуса, двух вертикальных колонн, разнесенных по длине корпуса, и несущей балки между вышеуказанных колонн, транспортируют понтоны к месту размещения морской платформы и перемещают палубу на морскую платформу. Достижению технического результата способствует также то, что для перестановки палубы с транзитной баржи на независимые плавучие понтоны загружают вышеуказанные понтоны балластом так,что несущие балки понтонов оказываются ниже нижней поверхности палубы, подводят затопленные понтоны к каждому борту баржи так, что понтоны оказываются под палубой, разгружают балласт из понтонов так, что, всплывая, понтоны начинают поддерживать палубу независимо от баржи. Способствует также то, что процедура перемещения палубы с понтонов на морскую платформу включает размещение понтонов в месте установки морской платформы так, что палуба оказывается выше верхней части морской платформы, загрузку балластом понтонов и перемещение палубы на морскую платформу. Требуемый технический результат достигается тем, что так же, как известное устройство транспортировки и установки палубы на морскую платформу,понтон включаетглавную часть корпуса, имеющую ряд балластных камер. Однако, в отличие от известного устройства, на главной части корпуса понтона установлены, по меньшей мере, две разнесенные по длине корпуса вертикальные колонны, на которых помещена несущая балка, при этом каждая колонна снабжена балластной камерой. Достижению технического результата способствует также то, что балластная камера в каждой из вышеуказанных колонн представляет собой быстрозаполняемую камеру. Сущность способа и устройства установки палубы на морскую платформу поясняется чертежами,приведенными на фиг. 1-16, где на фиг. 1 приведен общий вид палубы, установленной на понтонах, используемых в изобретении на фиг. 2 - общий вид одного из понтонов, используемых в изобретении на фиг. 3 - вид сбоку понтона, используемого в изобретении на фиг. 4 - палуба, загружаемая волоком на транзитную баржу на фиг. 5 - палуба и транзитная баржа во время их буксировки на фиг. 6 А, 6 Б - понтон, используемый в изобретении, при различных осадках на фиг. 7 А, 7 Б - перестановка палубы на понтоны, используемые в изобретении на фиг. 8 - поддерживающие палубу понтоны с осадкой, используемой для буксировки в закрытом водоеме на фиг. 9 - поддерживающие палубу понтоны с осадкой, используемой для буксировки в открытом море на фиг. 10 А, 10 Б - процесс передвижения палубы и понтонов над морской платформой на фиг. 11 - вид сбоку палубы и понтонов, находящихся в положении, при котором палубу переставляют на морскую платформу на фиг. 12 - проекция, перпендикулярная проекции, представленной на фиг. 11 на фиг. 13 - вид сбоку, иллюстрирующий касание палубы и морской платформы во время процедуры перестановки на фиг. 14 - перемещение понтонов вниз от палубы на фиг. 15 - горизонтальное движение понтонов от палубы и плавучего морского сооружения на фиг. 16 А, 16 Б - альтернативный способ транспортировки, который включает использование полупогруженного судна большой грузоподъемности. На фиг. 1-3 цифрой 10 обозначен понтон. Хотя требуется, по крайней мере, два понтона для реализации изобретения, будет описан только один из них, так как они являются идентичными. Каждый понтон 10 состоит из главной части корпуса 12, двух колонн 14, которые установлены вертикально на главную часть корпуса 12, и несущей балки 16, перекрывающей колонны 14. Как хорошо видно на фиг. 3, главная часть корпуса 12 включает ряд независимых балластных камер 18 по всей длине главной части корпуса. Балластные камеры 18 представляют собой обычные балластные камеры с той точки зрения, что они не должны быть обязательно выполнены для быстрого наполнения и опорожнения. В колоннах 14 расположены быстро наполняемые балластные камеры. Трубопроводы 24 для от 3 8971 вода и трубопроводы для поступления сжатого воздуха 26 для быстрого заполнения балластных камер 20 схематически показаны на фиг. 3. Когда позволяют глубина воды и расстояние буксировки, палуба 28 может быть сначала погружена на транзитную баржу 30, как показано на фиг. 4. Баржу 30 и палубу 28 затем буксируют самоходным судном 32 в воды, имеющие подходящую глубину(по крайней мере, двадцать метров) для перестановки на понтоны 10. Как видно из вида сбоку на фиг. 6 А и 6 Б, понтоны 10 загружают балластом до тех пор, пока верхние части колонн 14 и несущих балок 16 не смогут пройти под частями палубы 28, выступающими за борта баржи 30. Понтоны 10 затем располагают под палубой 28 вдоль каждого борта баржи 30, как видно на фиг. 7 А. На фиг. 7 Б показано,что понтоны 10 разгружают от балласта, чтобы поднять палубу 28 и этим освободить баржу 30. Эта операция может также включать загрузку балластом баржи 30, способствующую операции разгрузки от балласта понтонов 10. Когда баржа 30 освобождается от палубы 28,баржу 30 убирают и понтоны 10 загружают балластом до выбранной осадки буксировки, как это видно на фиг. 8. Эта осадка может диктоваться глубиной воды по маршруту следования в открытом море. Например, если минимальная глубина воды составляет десять метров, осадка буксировки понтонов 10 не должна достигать этой величины. Когда буксир достигает глубокой воды в открытом море, как видно на фиг. 9, понтоны 10 загружают балластом до осадки, которая сводит к минимуму качку понтонов и палубы 28. Нормальное положение ватерлинии при буксировке в открытом море должно находиться приблизительно посредине между верхом погруженного понтона 10 и нижней стороной несущей балки 16. Понтоны 10 и палубу 28 затем буксируют к месту монтажа. При этой осадке буксировки в открытом море понтоны 10 и палуба 28 способны выдержать очень сильный шторм, так как колонны понтонов 14 занимают малую площадь водной поверхности. Модельные испытания показали, что понтоны и палуба выдержат, не подвергаясь значительным смещениям, волнение с высотой волн до 4 метров. Как видно на фиг. 10 А, если морская платформа 34 является плавучей, то она закреплена якорями в месте, намеченном для установки палубы 28. Платформу погружают до такой осадки, чтобы ее верх был ниже нижней сопрягаемой поверхности 36 палубы 28. Это приводит к тому, что верх плавучей морской платформы 34 выступает приблизительно на трипять метров над морской поверхностью 38. Лебедка 40 и трос лебедки 42 связывают понтоны 10 и морскую платформу 34 для перемещения понтонов 10 и палубы 28 относительно морской платформы 34. Для наглядности фиг. 10 Б не включает палубу 28. На фиг. 10 Б показаны точки крепления тросов лебедок 42 к плавучему морскому сооружению 34, с 4 помощью которых достигают требуемого положения палубы 28. Движение понтонов 10 и тросов лебедок 42 показано пунктиром. Тросы 43 могут быть использованы вместе с якорями или судами для управления движениями с поворотом во время операции сборки. Как видно на фиг. 11 и 12, понтоны 10 двигают к морской платформе 34 так, что палуба 28 оказывается над верхней частью морской платформы 34. Процедура передачи нагрузки с понтонов 10 к платформе 34 представляет следующее. Понтоны 10 располагают над платформой 34 и горизонтальное положение фиксируют с помощью тросов лебедок 42. Понтоны 10 загружают балластом и/или платформу 34 освобождают от балласта до тех пор, пока палуба 28 не окажется на расстоянии посадки на платформу 34, т.е. около одного метра. В это время вводят выравнивающие пальцы в пазы, обеспечивая контакт в надлежащих точках. После достижения выравнивания быстро затопляемые камеры загружают до такой величины нагрузки палубы на платформу 34, при которой волны не приводят к разделению и столкновению палубы 28 и платформы 34. Выполненные модельные испытания показали, что в результате этой процедуры должно быть передано от десяти до двадцати процентов от полной нагрузки палубы, чтобы уменьшить удары при волнении моря от двух до трех метров. Минимальный объем быстро затопляемых камер определяется требованием быстрого изменения осадки понтонов 10 в один метр и смещения, достаточного для передачи от десяти до двадцати процентов веса палубы платформе 34. Поскольку скорость загрузки балласта также ограничена размером отверстий 22 и сечением отводного трубопровода 24, эти размеры должны быть внимательно учтены при конструировании. После того, как палубой передана требуемая начальная нагрузка, понтоны 10 могут загружаться балластом и/или платформа 34 разгружаться от балласта с меньшей скоростью по сравнению с первоначальной, соблюдая условие, при котором осадка понтона должна находиться в оптимальном положении, при котором понтоны остаются погруженными и водная поверхность находится на оптимальном расстоянии от палубы понтонов. В некоторый момент передачи нагрузки, когда нагрузка палубы на платформу достигает приблизительно от сорока до шестидесяти процентов, быстрозатопляемые камеры следует разгрузить от балласта с помощью сжатого воздуха. Это необходимо, так как способность камер к быстрому затоплению будет снова использована в конце операции передачи нагрузки, чтобы заставить понтоны быстро погрузиться и оторваться от палубы, когда вся нагрузка будет передана на платформу. Как видно на фиг. 15, понтоны 10 затем удаляют от морской платформы 34, а морскую платформу 34 продолжают разгружать от балласта до тех пор, пока она не достигнет требуемой рабочей осадки. Затем 8971 осуществляют окончательное закрепление палубы 28 на морской платформе 34. Описанная процедура может быть выполнена в обратном порядке, чтобы снять палубу с морской платформы и затем транспортировать палубу назад в расположение дока. Следует иметь в виду, что это возможно без использования баржи 30, когда глубина моря около дока достаточна для непосредственной погрузки палубы 28 на понтоны 10. Фиг. 16 А, Б показывают использование судна 46 с большой грузоподъемностью совместно с понтонами 10. Судно 46 загружают балластом, и понтоны 10 с установленной на них палубой 28 перемещают в положение над судном 46. Судно 46 затем разгружают от балласта, и понтоны 10 с палубой 28 оказываются установленными на судне 46. Этот способ будет полезен для увеличения скорости транспортировки палубы в случае ограниченного времени на установку или большого расстояния до места установки. В месте установки понтоны 10 с палубой 28 спускают на воду и установку палубы производят способом, описанным выше. Как альтернатива, баржа 30 также может быть использована вместе с судном 46 тем же способом, как было описано выше для понтонов 10. Следует понимать, что понтоны 10 могут быть также использованы для установки палубы 28 на стационарные морские платформы. Единственная разница в том, что стационарная морская платформа не регулируется балластом. Понтоны сконструированы и построены так, чтобы свести к минимуму качку, вызванную волнами,во время транспортировки палубы 28 в открытом море к месту установки и во время операции перестановки палубы с понтонов на морскую платформу. Между понтонами должно быть достаточное расстояние, чтобы поддерживать вес палубы, и они должны быть устойчивы во всем диапазоне изменения осадки. На понтонах, сконструированных для подъема палубы с весом в семнадцать тысяч тонн,обычные балластные камеры сконструированы для обычной скорости загрузки и разгрузки балласта(т.е. пятьдесят тонн в минуту). Каждая камера быстрой загрузки балласта вмещает пятьсот тонн воды. Типичные размеры понтонов имеют следующие величины длина - семьдесят пять метров, ширина двенадцать метров, высота с колоннами - восемнадцать метров, высота нижней части понтонов шесть метров, расстояние между колоннами - тридцать три метра, расстояние между внешними сторонами колонн - сорок два метра. Хотя в описании и на рисунках приведены две колонны, установленные на понтонах, следует иметь в виду, что в случае необходимости может быть установлено более двух колонн. Преимуществом изобретения является то, что во время установки могут быть достигнуты относительно большие изменения осадки понтона при относительно малом количестве загружаемого и разгружаемого балласта. Например, размеры, приве денные выше, показывают, что вместимость быстро наполняемых камер составляет две тысячи тонн. Суммарное изменение осадков составляет приблизительно тридцать сантиметров на сто пятьдесят тонн изменения балласта. Поэтому требуется только приблизительно пятьсот тонн балласта, чтобы убрать начальный клиренс в один метр между палубой и плавучей платформой. Хотя описание изобретения проводилось для его предпочтительных вариантов, необходимо указать, что его модификации и альтернативные варианты также имеют все достоинства и преимущества данного изобретения, что становится очевидным по описанию и рисункам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ установки палубы на плавучую морскую платформу, включающий погрузку палубы на устройство транспортировки и установки, транспортирование и размещение палубы над плавучей морской платформой, загрузку балластом устройства транспортировки и установки, разгрузку от балласта плавучей морской платформы и перемещение палубы на плавучую морскую платформу, отличающийся тем, что палубу размещают на транзитной барже так, чтобы края палубы выступали за борта баржи, осуществляют перестановку палубы с баржи,по меньшей мере, на два независимых плавучих понтона, каждый из которых состоит из главной части корпуса, двух вертикальных колонн, разнесенных по длине корпуса, и несущей балки между вышеуказанных колонн, транспортируют понтоны к месту размещения плавучей морской платформы,перемещают палубу на плавучую морскую платформу. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для перестановки палубы с транзитной баржи на независимые плавучие понтоны, загружают вышеуказанные понтоны балластом так, что несущие балки понтонов оказываются ниже нижней поверхности палубы, подводят затопленные понтоны к каждому борту баржи так, что понтоны оказываются под палубой, разгружают балласт из понтонов так, что,всплывая, понтоны начинают поддерживать палубу независимо от баржи. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процедура перемещения палубы с понтонов на плавучую морскую платформу включает размещение понтонов в месте установки плавучей морской платформы так, что палуба оказывается выше верхней части плавучей морской платформы, загрузку балластом понтонов, разгрузку от балласта вышеуказанной платформы и перемещение палубы на плавучую морскую платформу. 4. Способ установки палубы на морскую платформу, включающий погрузку палубы на устройство транспортировки и установки, транспортирование и размещение палубы над морской платформой, загрузку балластом средств транспортировки и уста 5 8971 новки и перемещение палубы на морскую платформу, отличающийся тем, что палубу размещают на транзитной барже так, чтобы края палубы выступали за борта баржи, осуществляют перестановку палубы с баржи, по меньшей мере, на два независимых плавучих понтона, каждый из которых состоит из главной части корпуса, двух вертикальных колонн, разнесенных по длине корпуса, и несущей балки между вышеуказанных колонн, транспортируют понтоны к месту размещения морской платформы и перемещают палубу на морскую платформу. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для перестановки палубы с транзитной баржи на независимые плавучие понтоны загружают вышеуказанные понтоны балластом так, что несущие балки понтонов оказываются ниже нижней поверхности палубы, подводят затопленные понтоны к каждому борту баржи так, что понтоны оказываются под палубой, разгружают балласт из понтонов так, что,всплывая, понтоны начинают поддерживать палубу независимо от баржи. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что процедура перемещения палубы с понтонов на морскую платформу включает размещение понтонов в месте установки морской платформы так, что палуба оказывается выше верхней части морской платформы,загрузку балластом понтонов и перемещение палубы на морскую платформу. 7. Понтон для установки палубы на морскую платформу, включающий плавучую главную часть корпуса, имеющую ряд балластных камер, отличающийся тем, что на главной части корпуса установлены, по меньшей мере, две разнесенные по длине корпуса вертикальные колонны, на которых помещена несущая балка, при этом каждая колонна снабжена балластной камерой. 8. Понтон по п. 7, отличающийся тем, что балластная камера в каждой из вышеуказанных колонн представляет собой быстро заполняемую камеру.