способ установки и демонтажа донного комплекса для выполнения работ на шельфе и комплекс технических средств для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ установки донного комплекса для выполнения работ на шельфе, включающий сборку устанавливаемой на грунт башни из прочных, полых и соединяемых между собою конусопирамидальных секций, последовательно монтируемых на фундаментном основании с врезающейся в дно герметизирующей юбкой, заключающийся в том, что фундаментное основание грузовыми лебедками притягивают на тросах к обеспечивающему плавсредству и транспортируют его к месту установки, при установке комплекса согласованным травлением тросов опускают основание на дно, при этом комплекс последовательно наращивают прочными секциями по высоте, большей глубины установки комплекса, и устанавливают его на дно акватории, обеспечивают вертикальное положение продольной оси комплекса совместной работой с меньшим высоты юбки рабочим ходом домкратных устройств, размещенных на внешней стороне основания, и вибраторов, расположенных по периметру основания, затем осушают внутренний объем башни.

2. Способ демонтажа установленного на дно комплекса, при котором внутренний объем башни заполняют водой, приемом балластной воды в танки притапливают обеспечивающее плавучее средство, выбирают грузовыми лебедками слабину тросов его связи с основанием комплекса, фиксируют тросы в натянутом положении, откачкой балластной воды из танков увеличивают плавучесть плавсредства и одновременно включают вибраторы и домкратные устройства до полного выхода юбки основания из грунта дна, после чего комплекс транспортируют к новому месту установки на дне или притягивают основание тросовыми грузовыми лебедками к плавсредству, при этом последовательно демонтируют выходящие из воды прочные корпусные секции башни комплекса.

3. Комплекс технических средств для выполнения работ на шельфе, включающий устанавливаемую на грунт башню и обслуживающий ее плавучий объект (самоходное или буксируемое плавсредство), при этом башня имеет увеличенной площади фундаментное основание с врезающейся в грунт дна герметизирующей юбкой и полый прочный корпус, выполненный с переменным и уменьшающимся с высотой поперечным сечением так, что верхний срез стоящего на грунте прочного корпуса расположен выше уровня воды в акватории, при этом плавсредство содержит два плавающих в надводном положении корпуса, снабженные танками и системами для принудительного приема и сброса балластной воды, системы приема и сброса трубопроводами с необходимой арматурой объединены с системой осушения - заполнения внутреннего объема прочного корпуса башни комплекса, корпуса плавсредства связаны между собой шарнирно закрепленными на верхних палубах в их диаметральных плоскостях фермами с образованием окна, в котором при транспортировке размещается фундаментное основание башни, тросами связанное с размещенными на плавсредстве грузовыми лебедками.

4. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что прочный корпус башни выполнен сборным из секций, а плавсредство снабжено грузовыми устройствами для последовательной установки секций на фундаментное основание и их демонтажа.

5. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность прочного корпуса башни снабжена ярусами и оборудованием для обслуживания бурильной установки, а также грузо-пассажирским лифтоподъемником.

6. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что снаружи фундаментного основания башни установлены пилоны, на концах которых размещены домкратные устройства.

7. Комплекс по п.6, отличающийся тем, что домкратные устройства выполнены в виде плоских подушек, снабженных системой подачи в них под давлением рабочего тела.

8. Комплекс по п.7, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела могут использоваться забортная вода и воздух.

9. Комплекс по п.6, отличающийся тем, что на пилонах дополнительно размещены электровибраторы.

10. Комплекс по п.6 или 7, отличающийся тем, что на пилонах размещены пневмогидровибраторы, трубопроводами связанные с системой подачи под давлением воздуха или воды в домкратные устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к глубоководной технике, в частности к способу организации обитаемых подводных средств для выполнения подводно-технических работ на дне шельфа.

Известны способы транспортировки, установки и подъема на поверхность стационарных подводных обитаемых комплексов сооружений для проведения длительных подводных исследований и работ, связанных с многократным выходом из сооружения в море водолазов - членов экипажа (см. статью «Подводная лаборатория», Морской Энциклопедический справочник в двух томах. Том 2. под. Ред. Н.Н.Исанина. - Л.: Судостроение, 1986, с.520, ил.).

Известны комплексы для подводно-технических работ на больших глубинах с доступом водолазов к грунту дна. Так, подводное судно по патенту РФ № 2097262, B63G 8/00 позволяет доставку оборудования и проведение работ в любую погоду и подо льдом.

К недостаткам этих способов при их реализации следует отнести обслуживание подводного оборудования вне прочного корпуса, связанное с многократными кратковременными выходами членов экипажа из помещения в море в легководолазном снаряжении. При этом энергооборудование, например, для геологоразведки находится в агрессивной среде под давлением и при низкой температуре, что обуславливает повышенные расходы для обеспечения его эксплуатации. Глубина установки таких станций ограничивается возможностями легководолазного снаряжения.

Известны способы доставки и установки на дно акватории так называемых «гравитационных платформ» (Коробков В.А. и др. Подводная технология. - Л.: Судостроение, 1981. 240 с., ил. - «Техника освоения океана»).

В частности, известны гравитационные платформы типа «Дорис» и «Кондип». Преимущество платформ такого типа - значительное сокращение сроков установки (вместо месяцев - несколько дней), большая безопасность буксировки этих массивных сооружений с хорошей устойчивостью, упрощение операций по вводу в эксплуатацию за счет того, что практически все оборудование может быть установлено на рабочей палубе до установки.

К недостаткам такого способа установки и конструктива платформ относятся:

- необходимость тщательного выравнивания морского дна перед установкой, а также

- большая осадка при буксировке.

Известно устройство цельнометаллической гравитационной платформы, в частности, спроектированной итальянской фирмой «Текномэйр», предназначенной для бурения скважин на глубине до 250 метров (см. кн. Подводная технология). Платформа представляет собой стальную ферму, опирающуюся на дно тремя емкостями, которые расположены по углам треугольного основания. Конструкция собирается на берегу и транспортируется к месту установки на плаву в вертикальном положении.

Однако известная конструкция обладает отмеченными выше недостатками, характерными для гравитационных платформ; с увеличением глубины необходимо увеличивать габариты платформы такой конструкции для обеспечения противодействия воздействию волн и поверхностных течений.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в обеспечении надежной установки сооружения на неподготовленный грунт дна, снижение массы и осадки буксируемой конструкции, большая ее устойчивость при боковых нагрузках при отсутствии якорей.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе установки и демонтажа донного комплекса для выполнения работ на шельфе производят сборку устанавливаемой на грунт башни из прочных, полых и соединяемых между собою конусопирамидальных секций, последовательно монтируемых на фундаментном основании с врезающейся в дно герметизирующей юбкой. Фундаментное основание грузовыми лебедками притягивают на тросах к обеспечивающему плавсредству и транспортируют его к месту установки. При установке комплекса согласованным травлением тросов опускают основание на дно, при этом комплекс последовательно наращивают прочными секциями по высоте, большей глубины установки комплекса, и устанавливают его на дно акватории. Обеспечивают вертикальное положение продольной оси комплекса совместной работой домкратных устройств, размещенных на внешней стороне основания, и вибраторов, расположенных по периметру основания, затем осушают внутренний объем башни. Для демонтажа установленного на дно комплекса внутренний объем башни заполняют водой, приемом балластной воды в танки притапливают обеспечивающее плавучее средство, выбирают грузовыми лебедками слабину тросов его связи с основанием комплекса, фиксируют тросы в натянутом положении. Откачкой балластной воды из танков увеличивают плавучесть плавсредства и одновременно включают вибраторы и домкратные устройства до полного выхода юбки основания из грунта дна, после чего комплекс транспортируют к новому месту установки на дне или притягивают основание тросовыми грузовыми лебедками к плавсредству, при этом последовательно демонтируют выходящие из воды прочные корпусные секции башни комплекса.

Башню комплекса формируют из прочных, полых и соединяемых в процессе опускания конструкции в воду секций. Внутренний объем башни герметизируют от забортной воды врезающейся в дно юбкой. Для сокращения времени установки при сниженной массе башни используют устанавливаемые на внешней стороне башни вибраторы. Применением домкратных устройств достигают вертикальность продольной оси башни. Профилированием наружной поверхности башни обеспечивают необходимую устойчивость за счет гидростатического давления при откачке воды из внутреннего объема башни.

Использование домкратных устройств и вибраторов, а также затопление внутреннего объема башни существенно снижают усилие ее отрыва от грунта при необходимости ее переустановки. Для снижения мощности тросовых лебедок, обеспечивающих вертикальное перемещение башни в воде, используют возможность балластировки обеспечивающего надводного плавсредства.

Предлагаемый способ реализуется комплексом технических средств для выполнения работ на шельфе, который включает устанавливаемую на грунт башню и обслуживающий ее плавучий объект (самоходное или буксируемое плавсредство).

Башня выполнена с увеличенной площадью фундаментного основания и с врезающейся в грунт дна герметизирующей юбкой. Полый прочный корпус башни выполнен с переменным и уменьшающимся с высотой поперечным сечением так, что верхний срез стоящего на грунте прочного корпуса расположен выше уровня воды в акватории, прочный корпус башни выполнен сборным из секций.

Плавсредство содержит два плавающих в надводном положении корпуса, снабженных танками и системами для принудительного приема и сброса балластной воды. Системы приема и сброса трубопроводами с необходимой арматурой объединены с системой осушения - заполнения внутреннего объема прочного корпуса башни комплекса. Корпуса плавсредства связаны между собой шарнирно закрепленными на верхних палубах в их диаметральных плоскостях фермами с образованием окна, в котором при транспортировке размещается фундаментное основание башни, тросами связанное с размещенными на плавсредстве грузовыми лебедками.

Прочный корпус башни выполнен сборным из секций, а плавсредство снабжено грузовыми устройствами для последовательной установки секций на фундаментное основание и их демонтажа. Внутренняя поверхность прочного корпуса башни снабжена ярусами и оборудованием для обслуживания бурильной установки, а также грузопассажирским лифтоподъемником. Снаружи фундаментного основания башни установлены пилоны, на концах которых размещены домкратные устройства, которые выполнены в виде плоских подушек, снабженных системой подачи в них под давлением рабочего тела. В качестве рабочего тела могут использоваться забортная вода и воздух. На пилонах дополнительно размещены электровибраторы или пневмогидровибраторы, трубопроводами связанные с системой подачи под давлением воздуха или воды в домкратные устройства.

На фиг.1 представлен общий вид мобильного комплекса технических средств для выполнения работ на дне шельфа в рабочем положении, на фиг.2 - его вид сверху, на фиг.3 - фрагмент системы подачи рабочего тела к домкратным устройствам и вибраторам.

Комплекс содержит башню 1 с фундаментным основанием 2, имеющим увеличенную площадь поперечного сечения и содержащим врезающуюся в грунт дна герметизирующую юбку 3. Башня имеет полый прочный корпус 4, выполненный с переменным и уменьшающимся с высотой поперечным сечением, при этом его верхний срез 5 находится выше уровня воды акватории.

Обеспечивающий плавучий объем (самоходное или буксируемое плавсредство) содержит, по крайней мере, два плавающих в надводном положении корпуса 6, снабженных танками 7 и системами 8 принудительного приема в них или откачки из них балластной воды. Эти системы с не показанными на фиг.1 трубопроводами с необходимой арматурой объединены с системой 9 осушения - заполнения внутреннего объема прочного корпуса 4 башни 1 комплекса.

Корпусы 6 плавсредства связаны между собой шарнирно закрепленными на верхних палубах в их диаметральных плоскостях фермами 10 так, что образуется окно, в котором при транспортировке размещается фундаментное основание 2 башни 1, тросами 11 связанное с размещенными на плавсредстве грузовыми лебедками 12 (фиг.2).

Прочный корпус 4 башни 1 может быть выполнен составным из секций 13, а плавсредство снабжено грузовыми устройствами 14 (фиг.2) - в простейшем случае кранами.

В одном из вариантов устройства на внешнем периметре основания 2 размещены пилоны 15, на концах которых установлены домкратные устройства 16.

Каждое домкратное устройство 16 может быть выполнено в виде плоской надувной подушки 17, связанной через дистанционно управляемый манипулятор 19 (фиг.3) трубопроводом 18 с распределительным устройством 20, которое клапаном 21 может быть подключено к напорной водяной магистрали, а клапаном 22 - к системе воздуха высокого давления.

На пилонах 15 размещают также электровибраторы 23. При шлюзовании гидро- или пневмовибраторов распределительное устройство 20 дополняют необходимым количеством манипуляторов 24 подачи рабочего тела (воды или воздуха) к вибраторам 23.

При использовании мобильного комплекса для выполнения, например, геологоразведочных работ с использованием бурильной установки на внутренней поверхности прочного корпуса 4 башни монтируют ярусы 25 с необходимым оборудованием, а также устанавливают грузопассажирский подъемник 26.

Мобильный комплекс технических средств работает следующим образом. Перед транспортировкой комплекса фундаментное основание 2 башни 1 грузовыми лебедками 12 с помощью тросов 11 подтягивается к плавсредству для обеспечения его минимальной осадки во время транспортировки.

После доставки мобильного комплекса к месту установки башни 1 на грунт плавсредство расчаливается на якорях (не показанных на фиг.2). Травлением тросов 11 с грузовых лебедок 12 башню опускают на дно, наращивая ее высоту секциями 13, для чего используют грузовые устройства 14.

После первичного врезания юбки 3 начинают откачивать воду из внутреннего объема прочного корпуса 4 башни 1, используя системы 8 корпусов 6 плавсредства и наблюдая за вертикальностью продольной оси башни 1. При появлении наклона башни в какую-либо сторону в домкратные устройства 16 этой стороны при открытых соответствующих манипуляторах 19 и клапане 21 распределительного устройства 20 подают воду под давлением и, при необходимости, включают вибраторы на пилонах противоположной стороны.

При вертикальном положении башни для ускорения посадки фундаментного основания 2 на грунт включают все вибраторы.

После полного осушения внутреннего объема прочного корпуса 4 башни 1, используя ярусы 25 и лифтоподъемник 26, возможна зачистка грунта и установка оборудования для геологоразведки, для чего грузы через открытый верхний срез 5 (закрывающие его люковые затворы и их устройства не показаны) подают грузовыми устройствами 14.

Демонтаж комплекса осуществляют при выполнении основных операций в обратном порядке: грузовыми устройствами 14 демонтируемое геологоразведочное оборудование поднимают на плавсредство, используя его системы 8 и при открытых (не показаны) кингстонах затопления заполняют внутренний объем прочного корпуса 4 башни 1 водой до его верхнего среза 5.

Плавсредство притапливают, заполняя танки 7 корпусов 6 с помощью систем 8 принудительной подачи в них балластной воды. Грузовыми лебедками 12 выбирают слабину тросов 11, после чего их жестко фиксируют.

В надувные подушки 17 домкратных устройств 16 подают воздух высокого давления, одновременно включая все вибраторы и откачивая воду системами 8 из танков 7 корпусов 6, чем обеспечивают вырыв юбки 3 фундаментного основания 2 из грунта.

При необходимости процесс притопления и всплытия корпусов 6 повторяют до полного выхода юбки 3 из грунта.

Грузовыми лебедками 12 с помощью тросов 11 башню 1 приподнимают на величину, необходимую для перемещения мобильного комплекса к новой точке его установки на грунт. При этом верхнюю часть башни 1 не показанными оттяжками страхуют от непроизвольных ее наклонов при транспортировке.

Автономностью плавсредства, а также совокупностью предусмотренных устройств, систем и механизмов достигаются быстрые установка и демонтаж мобильного комплекса, что позволит качественно снизить его эксплуатационные расходы. Кроме того, введением домкратных устройств обеспечиваются надежная установка комплекса на неподготовленный участок дна, имеющий уклон в заданных ограничениях, и устойчивость против течений и на волнении.