RU2303099C1

RU2303099C1 - Ice-resistant offshore platform

Info

Publication number: RU2303099C1
Application number: RU2005135512/03A
Authority: RU
Inventors: Виктор Фёдорович Ленский (UA); Виктор Фёдорович Ленский; Виктор Михайлович Потапов (UA); Виктор Михайлович Потапов; Лев Борисович Благовидов (UA); Лев Борисович Благовидов; Леонид Викторович Кольченко (UA); Леонид Викторович Кольченко; Юрий Георгиевич Жемойдо (UA); Юрий Георгиевич Жемойдо
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Коралл"
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-07-20
Also published as: UA83357C2

Abstract

FIELD: hydraulic structures, particularly artificial islands mounted on piles or like supports, for instance, platforms on raisable legs, preferably adapted for oil production in shallow continental shelf, and installed directly on ground or to be fastened thereto by anchor connections.

SUBSTANCE: offshore platform comprises upper structure connected to support base by means of support columns and ice-protective fence installed on the support columns. The ice-protective fence is made as endless inclined assembly extending along platform perimeter in area of ice contact with the platform. The ice-protective fence encloses outer support column perimeters. Inclined assembly has additional ice-protective belt connected to upper part thereof and extending in direction opposite to inclined assembly inclination. The additional ice-protective belt is inclined at an angle of not less than 8° to vertical plane. The ratio between additional ice-protective belt height and inclined assembly height is not less than 0.08.

EFFECT: increased reliability and safety of offshore platform operation in ice conditions.

7 dwg

Description

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, а более конкретно к морским ледостойким платформам для освоения преимущественно мелководного континентального шельфа. Оно может быть использовано в конструкциях морских ледостойких платформ как непосредственно устанавливаемых на грунте, так и закрепляемых к нему посредством якорных связей.The invention relates to the field of hydraulic structures, and more particularly to marine ice-resistant platforms for the development of mainly shallow continental shelf. It can be used in the construction of offshore ice-resistant platforms both directly installed on the ground and fixed to it by means of anchor ties.

Известна морская ледостойкая платформа, содержащая верхнее строение, опорную колонну, опорное основание кессонного типа и противоледовое ограждение, смонтированное на опорной колонне в зоне действия ледовой нагрузки (см. патент США №6371695, МПК⁷ Е02В 17/02, 1998).Known marine ice-resistant platform containing the upper structure, the support column, the support base of the caisson type and anti-ice fence mounted on the support column in the area of the ice load (see US patent No. 6371695, IPC ⁷ EV 17/02, 1998).

Согласно указанному известному изобретению противоледовое ограждение выполнено в виде конической кольцевой наделки, которая имеет внешние наклонные поверхности, противостоящие движущейся массе льда. Когда движущийся лед наталкивается на какую-либо из этих наклонных поверхностей, он отклоняется вверх или вниз, что ведет к разрушению льда на более мелкие куски, вследствие появления в нем напряжений изгиба.According to the aforementioned well-known invention, the ice barrier is made in the form of a conical ring fitting, which has external inclined surfaces opposing the moving mass of ice. When moving ice hits one of these inclined surfaces, it tilts up or down, which leads to the destruction of ice into smaller pieces, due to the appearance of bending stresses in it.

Недостатком указанной известной конструкции является ограниченность сферы ее применения, так как при установке на мелководье при необходимости наличия у платформы достаточно развитого верхнего строения необходимо проектирование массивного кессонного основания и соответствующей опорной колонны.The disadvantage of this known design is the limited scope of its application, since when installed in shallow water, if necessary, the platform has a sufficiently developed upper structure, it is necessary to design a massive caisson base and the corresponding support column.

Известна также морская ледостойкая платформа, содержащая верхнее строение, соединенное с опорным основанием, выполненным в виде понтонов, посредством опорных колонн, по бортам которых смонтировано противоледовое ограждение, выполненное в виде наделок со встречно ориентированными наклонными поверхностями (см. патент США №3872814, МПК⁷ В63В 35/10, 1973).An offshore ice-resistant platform is also known, containing a top structure connected to a support base made in the form of pontoons, by means of support columns, on the sides of which an anti-ice fence is made, made in the form of claddings with opposite oriented inclined surfaces (see US patent No. 3872814, IPC ⁷ B63B 35/10, 1973).

Недостатком указанной известной конструкции платформы является ее значительная металлоемкость вследствие наличия массивных сплошных опорных колонн, расположенных почти по всей длине понтона, а также наличия носовых и кормовых ледоразрушающих обводов корпусов колонн, расположенных на уровне бортовых противоледовых наделок в зоне действия ледовых нагрузок.The disadvantage of this known design of the platform is its significant metal consumption due to the presence of massive continuous support columns located along almost the entire length of the pontoon, as well as the presence of bow and stern ice-breaking contours of the column bodies located at the level of on-board ice cover in the ice load zone.

Кроме того, наличие упомянутых ледоразрушающих обводов корпусов опорных колонн, противоледового ограждения в виде бортовых наделок и противоледового ограждения стояка недостаточно эффективно при возникновении ледовых нагрузок, действующих в направлении межкорпусного пространства, и не предотвращает возможности забивания этого пространства льдом.In addition, the presence of the aforementioned ice-destroying contours of the columns of the supporting columns, an anti-ice fence in the form of side trim and an anti-ice fence of the riser is not effective enough when there are ice loads acting in the direction of the interbody space, and does not prevent the possibility of clogging of this space with ice.

Известна морская ледостойкая платформа, содержащая верхнее строение, соединенное с опорным основанием посредством опорных колонн, на которых смонтировано противоледовое ограждение в виде наклонной наделки (см. ледостойкую платформу со свайным фундаментом фирмы «Джон Браун» - Р.И.Вяхирев, Б.А.Никитин, Д.А.Мирзоев «Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений», М., Издательство Академии горных наук, 1999, с.217 - прототип). Опорный блок указанной известной платформы состоит из четырех вертикальных цилиндрических колонн, соединенных в нижней части стержневыми конструкциями. На уровне воды каждая из колонн снабжена противоледовым ограждением в виде конусных наделок небольшой высоты со встречно ориентированными наклонными поверхностями.Known marine ice-resistant platform, containing the upper structure, connected to the support base by means of support columns, on which the ice barrier is mounted in the form of inclined laying (see the ice-resistant platform with the pile foundation of the company "John Brown" - R.I. Vyakhirev, B.A. Nikitin, D.A. Mirzoev “Development and development of offshore oil and gas fields”, M., Publishing House of the Academy of Mining Sciences, 1999, p.217 - prototype). The supporting block of the specified known platform consists of four vertical cylindrical columns connected in the lower part by rod structures. At the water level, each of the columns is equipped with an anti-ice fence in the form of conical claddings of small height with counter-oriented inclined surfaces.

Эта платформа имеет существенные недостатки:This platform has significant disadvantages:

- противоледовые ограждения имеют незначительную высоту, поэтому при изменениях уровня моря (приливе, отливе, изменении среднего уровня для замкнутых водоемов, например, Каспийского моря и т.д.), а реально это в пределах 3-10 м, они не работают, т.е. снижение ледовых нагрузок на платформу не происходит, так как лед ломается изгибом только в пределах незначительной высоты противоледового ограждения;- ice barriers are of insignificant height, therefore, when sea level changes (ebb, low tide, change in average level for enclosed bodies of water, for example, the Caspian Sea, etc.), but in reality it is within 3-10 m, they do not work, t .e. reduction of ice loads on the platform does not occur, since ice breaks by bending only within the insignificant height of the anti-ice fence;

- согласно известным методикам и нормам (например, Российского Морского Регистра Судоходства) расчетное значение горизонтальной ледовой нагрузки на многоопорную конструкцию определяется независимо от формы опор для ледового сценария, соответствующего забиванию льда между опорами на максимальную ширину преграды, создаваемой опорами. Таким образом, при расчетном определении ледовой нагрузки для такой конструкции влияние конусной наделки не учитывается;- according to well-known methods and norms (for example, the Russian Maritime Register of Shipping), the calculated value of the horizontal ice load on the multi-bearing structure is determined regardless of the shape of the supports for the ice scenario, which corresponds to driving ice between the supports to the maximum width of the obstacle created by the supports. Thus, when calculating the determination of the ice load for such a structure, the influence of cone fitting is not taken into account;

- во внутреннем объеме опорного основания нельзя располагать какие-либо элементы, так как они не защищены от непосредственного воздействия ледовых образований, либо такие элементы должны быть спроектированы с учетом восприятия ледовых нагрузок.- it is impossible to place any elements in the internal volume of the support base, since they are not protected from the direct impact of ice formations, or such elements should be designed taking into account the perception of ice loads.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и безопасности эксплуатации морской ледостойкой платформы в ледовых условиях.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and safety of operation of an offshore ice-resistant platform in ice conditions.

Это достигается в морской ледостойкой платформе, содержащей верхнее строение, соединенное с опорным основанием посредством опорных колонн, на которых смонтировано противоледовое ограждение в виде наклонной наделки, тем, что упомянутая наклонная наделка расположена по периметру платформы в зоне действия ледовых нагрузок и выполнена замкнутой по периметру платформы и охватывающей опорные колонны по их наружному контуру, причем в верхней части упомянутой наделки смонтирован дополнительный ледозащитный наклонный пояс, при этом упомянутый пояс ориентирован противоположно наклонной ледовой наделке и расположен под углом не менее 8° к вертикали, а отношение высоты упомянутого дополнительного наклонного пояса к высоте наклонной наделки составляет не менее 0,08.This is achieved in an offshore ice-resistant platform, containing the upper structure connected to the support base by supporting columns on which the ice barrier is mounted in the form of inclined encapsulation, in that the inclined encapsulation is located around the platform perimeter in the ice load zone and is closed around the platform perimeter and covering the supporting columns along their outer contour, and in the upper part of the said overlay mounted an additional ice-protective inclined belt, while I mention the first zone is oriented oppositely inclined ice nadelke and disposed at an angle of not less than 8 ° to the vertical, and the ratio of the height of said additional belt to oblique inclined nadelki height is not less than 0.08.

На фиг.1 изображена заявляемая морская ледостойкая платформа, боковой вид;Figure 1 shows the inventive marine ice-resistant platform, side view;

на фиг.2 - то же, вид сверху со снятым верхним строением;figure 2 is the same, a top view with the removed upper structure;

на фиг.3 - сечение А-А фиг.2;figure 3 is a section aa of figure 2;

на фиг.4 - сечение А-А фиг.2, разрушение льда при взаимодействии с ледовым ограждением;figure 4 - cross section aa figure 2, the destruction of ice when interacting with the ice fence;

на фиг.5 - зависимость глобальной ледовой нагрузки от угла наклона грани сооружения (для платформы «Приразломная»);figure 5 - dependence of the global ice load on the angle of inclination of the edge of the structure (for the platform "Prirazlomnaya");

на фиг.6 и 7 - фрагменты модельных испытаний заявляемой платформы:Fig.6 and 7 are fragments of model tests of the inventive platform:

на фиг.6 - ледяное нагромождение перед платформой в дрейфующем поле ровного льда толщиной 0,6 м (натурное значение);figure 6 - ice piling in front of the platform in the drifting field of flat ice with a thickness of 0.6 m (full-scale value);

на фиг.7 - форма ледяного нагромождения в плане в поле ровного льда толщиной 0,6 м (натурное значение).in Fig.7 - the shape of the ice piling in plan in the field of flat ice with a thickness of 0.6 m (field value).

Заявляемая морская ледостойкая платформа содержит верхнее строение 1, соединенное с опорным основанием 2 посредством опорных колонн 3. На колоннах 3 смонтировано противоледовое ограждение в виде наклонной наделки 4, которая расположена по периметру платформы в зоне действия ледовых нагрузок и выполнена замкнутой по периметру и охватывающей опорные колонны 3 по их наружному контуру. В верхней части наделки 4 смонтирован дополнительный ледозащитный наклонный пояс 5, ориентированный противоположно наделке 4 и расположенный под углом β не менее 8° к вертикали, а отношение высоты дополнительного наклонного пояса 5 - Н_пояса к высоте наклонной наделки 4 - Н_{наделки} составляет не менее 0,08.The inventive sea ice-resistant platform contains a top structure 1 connected to the support base 2 by means of support columns 3. On the columns 3, an ice block is mounted in the form of an inclined cover 4, which is located around the platform perimeter in the ice load zone and is closed around the perimeter and covering the support columns 3 along their outer contour. In the upper part nadelki 4 mounted additional ledozaschitny inclined belt 5, oriented oppositely nadelke 4 and disposed at an angle β of at least 8 ° to the vertical, and the ratio of the height of the additional inclined belt 5 - H _belt to height inclined nadelki 4 - H _nadelki is not less than 0 08.

В приведенном иллюстративном материале заявки на фиг.5 изображена зависимость глобальной ледовой нагрузки от угла наклона грани сооружения, полученная для платформы «Приразломная» (α - угол наклона грани сооружения; Р_лед - глобальная ледовая нагрузка), из которой видно, что оптимальное значение угла наклона α лежит в пределах 53-55°.In the illustrated illustrative material of the application, Fig. 5 shows the dependence of the global ice load on the slope angle of the structure face obtained for the Prirazlomnaya platform (α is the slope angle of the structure face; P _ice is the global ice load), which shows that the optimal angle slope α lies in the range 53-55 °.

В варианте конструктивного выполнения изобретения применительно к условиям шельфа Каспийского моря профиль противоледового ограждения предварительно был выбран на основе расчетных методов.In an embodiment of the invention, as applied to the conditions of the shelf of the Caspian Sea, the anti-ice fence profile was previously selected based on calculation methods.

Для рассматриваемой платформы основными факторами при выборе противоледовой защиты были:For the platform under consideration, the main factors when choosing anti-ice protection were:

- обеспечение разрушения льда изгибом при контакте с наклонной наделкой защиты при любом возможном изменении уровня моря в течение срока службы платформы;- ensuring the destruction of ice by bending in contact with the inclined cladding protection at any possible change in sea level during the life of the platform;

- исключение возможности переваливания обломков льда через верх противоледового ограждения во внутреннее пространство сооружения;- the exclusion of the possibility of transshipment of ice debris through the top of the ice barrier to the interior of the structure;

- минимизация размеров ледового ограждения, т.е. уменьшение его металлоемкости.- minimization of the size of the ice enclosure, i.e. decrease in its metal consumption.

В связи с этим было принято: угол α наклона поверхности наделки 4 противоледового ограждения из конструктивных соображений принять равным 66°; угол β наклона дополнительного ледозащитного пояса 5 принять равным 10°, а отношение высоты дополнительного пояса 5 (Н_пояса) к высоте наделки 4 (Н_{наделки}) принять равным 0,096.In this regard, it was accepted: the angle α of the slope of the surface 4 of the ice cover for structural reasons should be taken equal to 66 °; take the inclination angle β of the additional ice protection belt 5 equal to 10 °, and take the ratio of the height of the additional belt 5 (H _belt ) to the height of the patch 4 (N _adjustment ) equal to 0,096.

Выбранные размеры противоледового ограждения по высоте, углу α наклона наделки 4, углу β наклона дополнительного пояса 5 показали свою эффективность на основании теоретических расчетов и были проверены модельными испытаниями в ледовом бассейне ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова. Процессы, происходившие при взаимодействии модели со льдом, фиксировались с помощью видео- и фотоаппаратуры и описаны в техническом отчете института об испытаниях. Некоторые фрагменты испытаний представлены на фиг.6 и 7 и отражены ниже.The selected dimensions of the anti-ice fence in height, angle of inclination 4, angle β of inclination of additional belt 5 showed their effectiveness on the basis of theoretical calculations and were tested by model tests in the ice pool of the Central Research Institute named after Acad. A.N. Krylova. The processes that occurred during the interaction of the model with ice were recorded using video and photo equipment and are described in the institute’s technical test report. Some fragments of the tests are presented in Fig.6 and 7 and are reflected below.

При первичном контакте кромки надвигающегося ледового поля с поверхностью наклонной наделки 4 противоледового ограждения происходит его изгибное разрушение. Образовавшиеся обломки льда, подталкиваемые ледовым полем, скользят по поверхностям наделки 4 до касания с дополнительным поясом 5, после этого они опрокидываются назад на надвигающееся ледовое поле. Перед платформой образуется нагромождение обломков льда, лежащее на поверхности ледового поля. Через некоторое время под действием веса этого нагромождения ледовое поле разрушается, и часть нагромождения уходит под воду. При дальнейшем движении ледового поля его разрушение происходит на границе с возникшим перед платформой ледовым нагромождением. Постепенно нагромождение обломков льда принимает клиновидную форму и увеличивается до определенной величины, после которой рост нагромождения прекращается, а вновь образующиеся обломки льда обтекают платформу с бортов.With the primary contact of the edge of the impending ice field with the surface of the inclined cover 4 of the ice barrier, its flexural destruction occurs. The resulting fragments of ice, pushed by the ice field, glide over the surface of the patch 4 until it touches with an additional belt 5, after which they tilt back onto the impending ice field. A pile of ice fragments is formed in front of the platform, lying on the surface of the ice field. After some time, under the influence of the weight of this piling, the ice field is destroyed, and part of the piling goes under water. With further movement of the ice field, its destruction occurs at the border with the ice accumulation in front of the platform. Gradually, the piling up of ice fragments takes a wedge-shaped shape and increases to a certain value, after which the growth of piling stops, and the newly formed fragments of ice flow around the platform from the sides.

Модельные испытания показали:Model tests showed:

1) на всех этапах взаимодействия ледового поля с платформой разрушение льда происходит изломом - на начальном этапе это обеспечено за счет наклонной наделки противоледового ограждения, на последующих этапах происходит за счет взаимодействия поля с подвижными обломками льда на внешней границе ледового нагромождения перед платформой;1) at all stages of the interaction of the ice field with the platform, the destruction of ice occurs by kink - at the initial stage this is achieved due to the inclined adjustment of the ice barrier, at the next stages it occurs due to the interaction of the field with moving ice fragments on the outer boundary of the ice accumulation in front of the platform;

2) переваливание обломков льда через противоледовое ограждение во внутреннее пространство рассматриваемой платформы не происходит.2) transshipment of ice debris through the ice barrier to the interior of the platform in question does not occur.

Следует отметить, что дополнительный ледозащитный пояс 5 устанавливается для гарантированного обеспечения опрокидывания поднимающихся по наклонной наделке 4 обломков льда обратно на ледовое поле. Для этого наклон пояса 5 противоположен наклону наделки 4. При этом угол β наклона пояса 5 принят из условий создания опрокидывающего момента при минимизации угла наклона, так как большой угол создает как бы ловушку для движущегося по поверхности наклонной наделки 4 разбитого льда и может привести не к снижению, а к увеличению ледовой нагрузки на сооружение.It should be noted that an additional ice-protective belt 5 is installed to ensure tipping of the ice fragments rising along the inclined surface 4 to the ice field. For this, the inclination of the belt 5 is opposite to the inclination of the cover 4. In this case, the angle β of the inclination of the belt 5 is adopted from the conditions for creating a tilting moment while minimizing the angle of inclination, since a large angle creates a trap for broken ice moving along the surface of the inclined cover 4 and may not lead to decrease, and to increase the ice load on the structure.

Согласно теоретическим исследованиям и результатам модельных испытаний угол β наклона пояса 5 считается достаточным в пределах 8-15°.According to theoretical studies and model test results, the angle β of the inclination of the belt 5 is considered sufficient in the range of 8-15 °.

Высота пояса 5 должна быть не менее 0,08 высоты наклонной наделки 4.The height of the belt 5 should be at least 0.08 of the height of the inclined fit 4.

Для конкретной конструкции платформы при взаимодействии с расчетным льдом толщиной 0,6-0,8 м угол β принят равным 10°, а отношение высоты Н_пояса к высоте Н_{наделки} равно 0,096, т.е. близко к минимально необходимым значениям из условий минимизации размеров конструкции, веса и ее стоимости.For a specific platform design, when interacting with calculated ice 0.6-0.8 m thick, the angle β is taken to be 10 °, and the ratio of the height H of the _belt to the height H of the _overlay is 0.096, i.e. close to the minimum necessary values from the conditions of minimizing the size of the structure, weight and its cost.

Таким образом, заявляемое изобретение повышает надежность и безопасность эксплуатации морской ледостойкой платформы в ледовых условиях.Thus, the claimed invention improves the reliability and safety of operation of an offshore ice-resistant platform in ice conditions.

Claims

An ice-resistant sea platform containing the upper structure connected to the support base by means of support columns on which the ice barrier is mounted in the form of inclined encapsulation, characterized in that said inclined encrustation is located around the platform perimeter in the ice load zone and is made closed around the platform perimeter and covering supporting columns along their outer contour, with an additional ice-deflecting inclined belt mounted in the upper part of said overlay; The boat is oriented opposite the inclined ice cover and is located at an angle of at least 8 ° to the vertical, and the ratio of the height of the mentioned additional inclined belt to the height of the inclined ice is at least 0.08.