ОТСОЕДИНЯЕМАЯ ТУРЕЛЬНАЯ ЯКОРНАЯ СИСТЕМА С ВРАЩАЕМОЙ ПОВОРОТНОЙ ПЛАТФОРМОЙ
DETACHABLE MOORING TURNTABLE SYSTEM WITH ROTARY PLATFORM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отсоединяемой турельной якорной системе для судна. Подобные системы содержат элемент, представляющего собой причальный буй, и турельную конструкцию, смонтированную в буровой шахте судна, при этом элемент, представляющий собой причальный буй, фиксируют относительно морского дна посредством якорных оттяжек, и данный элемент имеет множество каналов, каждый из которых выполнен с возможностью приема райзера (водоотделяющей колонны), при этом турельная конструкция имеет гнездо для приема элемента, представляющего собой буй, и одно или более фиксирующих устройств для фиксации элемента, представляющего собой буй, в гнезде, причем в турельной конструкции расположено множество трубопроводов, подлежащих соединению с райзерами, установленными в каналах элемента, представляющего собой буй, при этом турельная конструкция закреплена с возможностью поворота в буровой шахте судна посредством по меньшей мере одного опорного узла, установленного над уровнем моря.
Предпосылки создания изобретения
Отсоединяемая якорная система данного типа раскрыта в US2007155259. Данная система включает в себя элемент, представляющий собой буй, который предусмотрен с коническим наружным кожухом, и гнездо турельной конструкции имеет коническую форму, соответствующую коническому наружному кожуху элемента, представляющего собой буй. Турельная конструкция включает в себя поворотную платформу, на которой расположены трубопроводы, подлежащие соединению с райзерами, при этом поворотная платформа установлена на опорный узел с возможностью поворота относительно турельной конструкции для совмещения трубопроводов с райзерами только после приема элемента, представляющего собой буй, и фиксации его в гнезде турельной конструкции. В данной патентной публикации показано, что поворотная платформа установлена только на основной верхний шарико-роликовый опорный узел турели. Данный опорный узел включает в себя три компонента, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга, которые соединены непосредственно друг с другом. Действительно, данный верхний опорный узел турели состоит из 2 шарико-роликовых опор, которые установлены непосредственно одна поверх другой и соединены друг с другом посредством одного общего внутреннего корпусного элемента опоры. Следовательно, данный известный верхний опорный узел стал наиболее ответственным и важным компонентом системы изменения ориентации с турельным якорным устройством. Недостатком объединения опоры турели и опоры манифольда в одну опорную конструкцию является то, что в случае отказа одной или нескольких шарико-роликовых опор весь опорный узел должен быть заменен, что означает, что турельная система больше не может функционировать в качестве системы изменения ориентации. Данная замена не может быть выполнена в условиях открытого моря, так что необходимо будет транспортировать судно в прибрежное место для ремонта.
Другой недостаток известной системы состоит в том, что очень тяжелая поворотная платформа с несколькими палубами для манифольдов и вертлюгов постоянно опирается на эту очень чувствительную опору качения. Следовательно, все большие статические и динамические усилия, действующие как в радиальном, так и в осевом направлении, и моменты, возникающие вследствие воздействия палубной конструкции поворотной платформы и окружающей среды, передаются непосредственно на данную наиболее ответственную систему шарико-роликовых опор, которая, как известно в данной отрасли промышленности, является очень чувствительной к износу и усталости. Еще один недостаток данной интегрированной системы опор качения состоит в том, что внутренний диаметр вследствие ограничений, связанных с производством, ограничен максимальным размером, составляющим только приблизительно 8 метров, так что он не подходит для больших отсоединяемых систем с турелью и буем, которые содержат, например, 20 или более райзеров, соединенных с буем.
Другой патентной публикацией, в которой описана отсоединяемая якорная система, снабженная двумя отдельными системами опор, одна из которых используется только для поворота поворотной платформы для совмещения концов труб манифольда с концами райзеров присоединенного буя, является патент США 5651708. В данном патенте показан выполненный с возможностью отсоединения буй, который снабжен системой опор, которая остается вместе с буем после его отсоединения. Буй присоединен к буровой шахте судна с возможностью поворота под ватерлинией без использования турели. Раскрыта дополнительная верхняя система опор, расположенная на уровне палубы, которая служит опорой для поворотной платформы с манифольдом, так что после присоединения буя непосредственно к буровой шахте судна поворотная платформа может быть выровнена относительно райзеров присоединенного буя. Поворотная платформа установлена на системе опор, так что даже во время добычи, при которой углеводороды поступают по гибким трубопроводам, соединяющим манифольд и буй, поворотная платформа может постоянно приводиться во вращение и может быть выставлена относительно буя. Когда угол закручивания в системе гибких трубопроводов между буем и поворотной платформой будет превышен, поворотная платформа поворачивается посредством присоединенной шестерни с приводом от двигателя в новое положение, обеспечивающее нейтрализацию закручивания. Следовательно, данная система непригодна для отсоединяемых систем с турелью и буем, выполненных с размерами, обеспечивающими возможность приема больших количеств райзеров, и не может быть использована при использовании только жестких труб для соединения райзеров и манифольда.
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в разработке быстро отсоединяемой и легко присоединяемой системы с причальным буем, которая способна обеспечить установку большого количества райзеров, например, по меньшей мере 20 райзеров и 10 шлангокабелей. Дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка турельной якорной системы, которая является надежной в работе и обеспечивает лучшее распределение усилий на опоре и, следовательно, снижает риск простоя, обусловленного работами по техническому обслуживанию и текущему ремонту. Система с причальным буем по настоящему изобретению должна легко и быстро присоединяться и отсоединяться даже при неблагоприятных условиях окружающей среды к плавучему основанию и от плавучего основания, например, плавучей системы для добычи (FPU - floating production unit) или плавучей системы для добычи, хранения и отгрузки (FPSO - floating production, storage and offloading unit). Настоящее изобретение может быть применено для отсоединяемой турельной якорной системы, которая будет постоянно встроена в зоне носовой оконечности плавучей системы для добычи (FPU). Система позволяет судну пассивно изменять ориентацию относительно якорей-опор и занимать положение, обеспечивающее наименьшее сопротивление преобладающему ветру при одновременном обеспечении перемещения текучих сред, газа, подачи энергии и передачи сигналов по каналам связи между плавучей системой для добычи (FPU) и подводным оборудованием. Конструкция системы выполнена с возможностью отсоединения/повторного присоединения для обеспечения возможности отсоединения судна плавучей системы для добычи (FPU) от его якорной системы, когда, например, выдаются предупреждения об айсберге.
Краткое изложение сущности изобретения
Судно в соответствии с изобретением содержит корпус, шахту, проходящую от верхней части корпуса до днища корпуса, турель, установленную с возможностью поворота в шахте посредством опоры турели, несущую конструкцию для манифольда, на которой расположен один или более трубопроводов и которая установлена с возможностью поворота на турели посредством опоры манифольда, при этом турель содержит полость для приема причального буя, несущего один или более райзеров и один или более выполненных с возможностью вертикального смещения исполнительных элементов рядом с опорой манифольда для вертикального смещения несущей конструкции для манифольда относительно турели между положением поворота, в котором несущая опорная конструкция может поворачиваться относительно турели посредством опорных элементов, и положением фиксации, в котором несущая опорная конструкция зафиксирована от поворота относительно турели.
В соответствии с настоящим изобретением имеются два отдельных опорных узла предпочтительно рядом с палубой или на уровне палубы судна. Первый опорный узел представляет собой опорную систему турели, которая может состоять, например, из верхней системы ходовых (катящихся) опор, имеющих большой диаметр (с радиальными направляющими колесами или без радиальных направляющих колес) и, возможно, из нижней системы радиальных опорных планок с низким коэффициентом трения для соединения турели с возможностью поворота с буровой шахтой судна. Использование опор в виде ходовых колес обеспечивает возможность применения турелей большого диаметра и, следовательно, обеспечивает возможность присоединения причального буя большого диаметра к данной турели.
Второй опорный узел в соответствии с изобретением расположен между поворотной платформой с манифольдом и турелью, при этом он обеспечивает возможность независимого поворота поворотной платформы относительно турели и присоединенного причального буя, так что предназначенные для текучих сред трубопроводы как манифольда, так и причального буя, могут быть выровнены друг относительно друга после присоединения буя к турели. Данная операция имеет очень важное значение, поскольку в тяжелых условиях необходимо присоединить буй к турели как можно быстрее без выравнивания сначала концов предназначенных для текучих сред трубопроводов буя и турели друг относительно друга, поскольку данная операция является очень трудоемкой. Данная вторая опорная система или опорная система поворотной платформы не соединена непосредственно с опорной системой турели, а расположена на некотором расстоянии в радиальном и предпочтительно в осевом направлениях от опорной системы турели, так что определенные усилия и моменты будут восприниматься каждой определенной опорой. Опорная система поворотной платформы предпочтительно представляет собой систему опор в виде ходовых колес.
Поскольку опорная система поворотной платформы служит опорой для поворотной платформы только временно с обеспечением возможности поворота во время выравнивания концов трубопроводов манифольда и буя и служит опорой для поворотной платформы непосредственно на турели без возможности поворота во всех других ситуациях, например во время добычи углеводородов из скважин посредством райзеров и соединенных трубопроводов, опора поворотной платформы не подвергается воздействию больших усилий, что приводит к меньшим дефектам, связанным с износом и усталостью.
Выполнение отдельных опорных узлов для турели и поворотной платформы в соответствии с изобретением имеет несколько преимуществ, поскольку конструкция каждого опорного узла может быть оптимизирована в соответствии с его определенной функцией. Дополнительное преимущество состоит в том, что работы по техническому обслуживанию и ремонту для данных двух опорных систем теперь облегчаются, поскольку каждая опорная система может быть подвергнута осмотру, техническому обслуживанию и ремонту независимо, при этом другая опорная система остается на месте и в рабочем состоянии. Кроме того, при использовании опор в виде ходовых колес колеса могут быть заменены в условиях открытого моря независимо друг от друга, в то время как опорные системы как таковые остаются в рабочем состоянии, в результате чего обеспечиваются уменьшенные затраты при одновременном лучшем управлении безопасной работой системы в целом. Опорная система поворотной платформы используется только в тот момент, когда концы труб манифольда должны быть выровнены относительно концов труб буя, соединенного с турелью, и фактически представляет собой систему временных опор; как только операция выравнивания будет завершена, больше не будет необходимости в активном функционировании данной опорной системы, и данная опорная система не будет передавать никаких нагрузок и моментов во время процесса добычи углеводородов.
Для размещения несущей конструкции для манифольда в положении, в котором возможен ее поворот, она может быть поднята относительно турели (и относительно опоры турели) на небольшое расстояние в осевом направлении посредством смещающего устройства, после чего опорные элементы опоры манифольда опускаются с вводом в контакт с турелью с возможностью поворота. Затем смещающее устройство обеспечивает опускание несущей конструкции для манифольда так, что ее вес будет опираться на турель через посредство опорных элементов с возможностью поворота. В положении, в котором поворот невозможен, несущая конструкция для манифольда может опираться на турель, при этом опорные элементы отведены в положение, в котором они не несут нагрузку.
Альтернативно, несущая конструкция для манифольда может быть установлена в положение, в котором ее поворот невозможен, посредством смещающего устройства, обеспечивающего подъем несущей конструкции для манифольда так, что опорные элементы выходят из контактного взаимодействия с турелью, при этом смещающее устройство служит опорой для несущей конструкции для манифольда без возможности ее поворота на турели. Несущая конструкция для манифольда переводится в положение, в котором ее поворот возможен, посредством опускания несущей конструкции так, что она будет опираться на турель через посредство опорных элементов с возможностью ее поворота.
Смещающее устройство, предназначенное для подъема несущей конструкции для манифольда, может содержать один или более гидравлических цилиндров, расположенных между турелью и несущей конструкцией для манифольда и имеющих сравнительно малый ход, например, составляющий несколько миллиметров. В том случае, когда опорные элементы опоры манифольда образованы опорами в виде ходовых колес, смещающее устройство может быть объединено в одно целое с ходовыми колесами, предусмотренными в опоре, при этом опускание колес от несущей конструкции к турели в осевом направлении вызывает подъем несущей конструкции для манифольда от турели в положение, в котором ее поворот возможен.
В одном варианте осуществления опора турели расположена на осевом расстоянии и на радиальном расстоянии по меньшей мере 0,5 м от опоры манифольда, при этом радиальное расстояние от осевой линии больше для опоры турели, чем для опоры манифольда. За счет размещения опоры манифольда ближе к осевой линии турели, чем опоры турели, и на некотором осевом расстоянии над или под опорой турели, силы, действующие на опору манифольда во время выравнивания манифольда и соединенных трубопроводов на турели относительно муфт райзеров на буе, могут быть эффективно отделены от сил, действующих на опору турели. Диаметр опоры турели может находиться в пределах от, например, 15 до 30 м или более, в то время как диаметр опоры манифольда может составлять по меньшей мере на 1 м меньше. Поворот несущей конструкции для манифольда может быть осуществлен посредством приводного элемента, такого как один или более электродвигателей, гидравлические приводные элементы или любой другой пригодный приводной элемент.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере опора турели представляет собой опору в виде ходового колеса. Опора в виде ходового колеса турели обеспечивает возможность создания турели большого диаметра, содержащей большое количество райзеров. Работы по техническому обслуживанию на одном или более колес такой опоры могут выполняться в условиях открытого моря, когда турель остается в рабочем состоянии. Опора манифольда может состоять из радиально-упорного прецизионного подшипника с цельнокованой или сегментированной дорожкой качения, имеющего диаметр, не превышающий приблизительно 8 м, но предпочтительно представляет собой опору в виде ходового колеса.
В одном варианте осуществления судно в соответствии с изобретением содержит подъемное устройство, которое размещено на корпусе, с тросом, который проходит через полость до груза, который расположен под днищем судна, при этом причальный буй прикреплен к тросу, несет якорные оттяжки, которые соединены с морским дном, и выполнен с возможностью размещения в полость для соединения с судном, при этом причальный буй содержит центральный ствол, через который проходит трос, при этом буй выполнен с возможностью перемещения относительно троса в направлении длины троса, причем указанный груз размещен на тросе у буя или ниже буя, при этом на тросе предусмотрен стопор для взаимодействия с буем и для блокировки относительного перемещения буя и троса, при этом стопор прикреплен к тросу рядом с верхним или нижним концом буя.
Груз, добавленный к бую, вызовет погружение буя до определенной заданной глубины под поверхностью воды при отсоединении от судна, например при приближении айсберга в водах со льдом. Подъем буя по направлению к судну выполняется посредством втягивания груза, подвешенного на тросе, при одновременном обеспечении возможности подъема буя за счет его собственной плавучести по направлению к полости для соединения. При подъеме только груза, который подвешен на тросе, без приложения непосредственного тянущего усилия к бую буй будет подниматься к поверхности благодаря его собственной плавучести, как только груз будет поднят от буя посредством тягового троса, соединенного с лебедкой на судне. Это заставляет буй скользить вдоль тягового троса, который служит только в качестве направляющего элемента для буя, когда он поднимается. При подъеме причального буя перемещения буя в вертикальном направлении могут регулироваться и ограничиваться посредством стопора/пружинного узла, который прикреплен к тяговому тросу. Данная система обеспечивает возможность уменьшения нагрузок, действующих на трос, при тяжелых морских условиях и обеспечивает возможность подъема буев с райзерами большого размера, несущих большое количество райзеров и якорных оттяжек, посредством лебедки и троса ограниченного размера.
Краткое описание чертежей
Некоторые варианты осуществления судна, содержащего отсоединяемую турельную якорную систему согласно изобретению, будут подробно разъяснены со ссылкой на сопровождающие чертежи. В чертежах:
фиг.1 показывает сечение отсоединяемой турельной якорной системы согласно настоящему изобретению,
фиг.2 представляет собой трехмерный вид системы по фиг.1,
фиг.3 показывает увеличенную деталь верхней части турельной якорной системы, включающей в себя опору турели и опору манифольда,
фиг.4 показывает погружной причальный буй с нежестким отсеком плавучести в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения,
фиг.5 схематически показывает погружной буй с райзерами во время отсоединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения,
фиг.6 схематически показывает подъем погружного буя с райзерами в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения,
фиг.7а и 7b показывают альтернативные варианты осуществления отсоединения и присоединения погружного буя с райзерами в соответствии с настоящим изобретением, и
фиг.8а-8е показывают разные варианты осуществления погружного буя с райзерами и взаимодействующего с ним груза в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 показывает сечение отсоединяемой турельной якорной системы в соответствии с настоящим изобретением. Система содержит цилиндрическую турельную конструкцию 1, расположенную внутри цилиндрической буровой шахты 2, встроенной в корпус 3 судна 4, которое, например, может представлять собой плавучую систему для добычи (FPU) или плавучую систему для добычи, хранения и отгрузки (FPSO). Опорная система 4 турели, соединяющая турель с буровой шахтой и обеспечивающая выравнивание турели относительно буровой шахты судна, содержит верхнюю ходовую опору, имеющую большой диаметр и расположенную рядом с уровнем 40 палубы, и (возможно) нижнюю радиальную опору 5 в виде направляющей планки с низким коэффициентом трения, расположенную рядом с днищем 41 корпуса 3.
Большая многопалубная надстройка 6 расположена поверх турели 1, и в многопалубной надстройке 6 размещены монтажное и эксплуатационное оборудование, трубопроводные обвязки/манифольды 7 и блок 8 вертлюгов для флюидов/газов, предназначенный для поступающих добываемых флюидов, отводимых/направляемых флюидов и шлангокабелей управления/шлангопроводов подачи ингибиторов.
Манифольды 7 и блок 8 вертлюгов расположены на несущей конструкции для манифольда или поворотной платформе 31. Поворотная платформа 31 опирается на турель 1 с возможностью поворота посредством опоры 32 манифольда, как можно видеть на фиг.3. Стальная рамная конструкция 9 расположена над надстройкой и вокруг надстройки. Рамная конструкция 9, которая соединена с судном, служит опорой для трубопроводов, проходящих от блока 8 вертлюгов для флюидов к плавучей системе для добычи (FPU), обеспечивает доступ к турели 1 со стороны судна, обеспечивает приведение в движение вращающегося компонента вертлюга и служит опорой для используемых зимой панелей. Конструкция турели обеспечивает возможность выполнения технического обслуживания и ремонта во время эксплуатации, что позволяет максимизировать ее работоспособность в течение всей расчетной продолжительности эксплуатации.
Конический причальный буй 11 входит в полость 42 рядом с днищем 41 корпуса 3 и фиксируется в полости 42 без возможности поворота. Буй 11 прикрепляется к морскому дну посредством якорных оттяжек 10 и несет райзеры 12, проходящие от подводной скважины для добычи углеводородов, такие как эксплуатационные райзеры или райзеры для шлангокабелей/шлангопроводов.
Верхний конец каждой якорной оттяжки 10 присоединен непосредственно к сочлененному универсальному шарниру 10' с низким коэффициентом трения на корпусе буя 11. Когда причальный буй 11 присоединен к судну 14 или плавучей системе для добычи (FPU), палуба 50 буя с райзерами в верхней части 49 буя поднята выше максимального уровня 43 осадки судна. Это будет гарантировать то, что при всех условиях все оборудование для трубопроводов будет постоянно поддерживаться в сухом состоянии для облегчения доступа и технического обслуживания.
Причальный буй 11 имеет две разные функции. Во-первых, при соединении судна 14 с буем 11 буй передает нагрузку на пришвартованное судно со стороны якорных оттяжек 10, которые соединены с его наружным кожухом. Во-вторых, при отсоединении судна 14 от причального буя 11 причальный буй опускается вниз на глубину на заданном расстоянии ниже уровня моря и служит опорой для якорных оттяжек 10 и райзеров 12 в данном положении погружения. Заданная глубина может составлять, например, 30-50 метров ниже уровня воды, так что отсоединенный буй стабилизируется ниже зоны активного воздействия волн. В водах со льдом и айсбергами буй 11 может быть стабилизирован на расстоянии, даже превышающем 100 м, ниже уровня воды для избежания какого-либо контакта с айсбергами.
Причальный буй 11 содержит жесткий цилиндрический кожух с водонепроницаемыми внутренними переборками, которые разделяют буй на отсеки. В центре буя встроен толстостенный внутренний цилиндр 44 для размещения и направления тягового или соединительного троса 17, который прикреплен к лебедке 45. Верхняя часть буя 11 снабжена соединительным кольцом 46, на котором могут быть зафиксированы собачки 26 конструктивного соединителя, которые расположены внутри турели. I-образные трубы 47 установлены в центре буя для приема райзеров и подводных шлангопроводов 12 и заканчиваются у нижнего конца 48 во фланце для обеспечения опоры для колоколообразных расширений (раструбов) райзеров/шлангопроводов. Ребра жесткости для изогнутых частей райзеров и раструбы защищены ото льда, дрейфующего под корпусом судна, конической юбкой 13 в нижней части причального буя 11. Альтернативно, также могут быть предусмотрены средства для защиты ото льда, подобные юбке или ограждению, расположенному у днища 3 судна 14 для защиты буровой шахты 2 от проникновения льда, когда судно отсоединено от буя 11, или для защиты буя 11 и райзеров 12, когда причальный буй присоединен к турели.
Плавучесть, необходимая для удерживания буя 11, обеспечивающего опору для райзеров 12 и якорных оттяжек 10, на определенном уровне глубины в отсоединенном состоянии, обеспечивается посредством центральных отсеков и отсеков, предусмотренных на периферии буя, как можно видеть на фиг.2. Конструктивное построение таково, что оно обеспечивает минимизацию контакта между периферией буя и компонентами турели во время отсоединения, так что отсутствует риск случайного затопления. Тем не менее, водонепроницаемый буй разделен на отсеки для гарантирования достаточной плавучести при случайном затоплении одного отсека.
Операцию присоединения и отсоединения причального буя 11 к полости 42 турели 1, показанной на фиг.1, выполняют следующим образом:
Для повторного присоединения судно 14 будет медленно приближаться к погруженному причальному бую 11 до тех пор, пока не возникнет возможность захвата плавучего подъемного троса, который остается прикрепленным к бую. Затем две секции тягового троса 17, верхняя секция которого намотана вокруг лебедки 45, сцепляют вместе серьгой, и подъемный трос перемещают. В случае повторного присоединения в водах, покрытых льдом, соединение тягового троса будут выполнять непосредственно в сухой части буровой шахты 2 турели. В данной ситуации судно 14 фактически пришвартовывают к погруженному бую. Тяговая лебедка 45 будет приведена в действие, и причальный буй 11 медленно поднимают под судном 14 и в полость 42 буровой шахты 2 до тех пор, пока верхний фланец буя с соединительным кольцом 46 не войдет в контакт с центратором конструктивного соединителя. Зажимы 25 конструктивного соединителя будут закрыты, а механические фиксаторы приведены в действие. Теперь судно 14 надежно повторно присоединено и пришвартовано посредством турели 1 к якорным оттяжкам 10 причального буя 11.
Затем несущая конструкция для манифольда или поворотная платформа 31 будет разблокирована и поднята на небольшое расстояние в осевом направлении (например, на расстояние, составляющее несколько миллиметров) посредством гидравлического домкрата 33. Опорные элементы 32 опускают так, чтобы они обеспечивали опору для поворотной платформы 31 с возможностью ее поворота. После этого запускают двигатель, предназначенный для ориентирования поворотной платформы, схематично обозначенный ссылочной позицией 52. Посредством медленного поворота поворотной платформы 31 будет достигнута надлежащая ориентация манифольда 7, при которой концы 53, 54 труб манифольда устанавливаются на одной линии с концами 55, 56 райзеров причального буя. Мониторинг данной операции осуществляют посредством пульта управления двигателем 52, и фактически управление данной операцией осуществляют с нижней палубы манифольда. Как только надлежащая ориентация поворотной платформы будет обеспечена, поворотная платформа 31 будет автоматически зафиксирована, и систему 32 временных опор поворотной платформы выводят из работы посредством смещения опор 32 с помощью гидравлических средств вверх в вертикальном направлении (например, на расстояние, равное нескольким миллиметрам), так что поднятая и ориентированная поворотная платформа 31 снова будет опираться на турель без возможности ее поворота. Напорные трубопроводы в зоне за гидравлическим соединителем, который соединяет концы 53, 54 труб и концы 55, 56 райзеров, будут опущены назад в их рабочие положения. Гидравлические соединители будут закрыты и подвергнуты испытанию на плотность соединений. Как только стопорные клапаны будут открыты, добыча может быть возобновлена. Шлангокабели соединяют посредством использования аналогичной операции.
Как можно видеть из фиг.2, соединение между судном 14, изменяющим ориентацию, и причальным буем 11, обеспечивающее возможность поворота, включает в себя множество комплектов ходовых колес 4 для осевых нагрузок и радиальных колес 30. Данная опорная система 4 предназначена для восприятия как осевых, так и радиальных нагрузок.
Турель 1, показанная на фиг.2, состоит из двух основных частей, а именно из нижней турели и верхней турели, которая включает в себя палубы манифольдов для вертлюгов, труб и оборудования. Нижняя турель проходит от зоны рядом с уровнем днища 41 до опоры 4 в виде ходовых колес.
Нижняя турель образована цилиндрической/конической оболочечной конструкцией с кольцевыми ребрами жесткости, предназначенной для противодействия давлению воды и давлению взрыва и преобладающим усилиям от якорного крепления. Верхняя секция нижней турельной конструкции обеспечивает опору для опорной системы 4 в виде ходовых колес и состоит из двух подузлов, а именно наружной несущей конструкции, соединенной с судном 14 посредством конуса, и внутренней несущей конструкции, на которой колесные направляющие 29 закреплены болтами.
Вес турели 1 и вертикальные нагрузки от якорных оттяжек 10, райзеров 12 и шлангокабелей передаются через верхнюю опору 4 в виде ходовых колес и затем посредством опоры в виде ходовых колес наружной несущей конструкции, смонтированной на буровой шахте 2 судна.
Многочисленные конструктивные соединители 25 зажимного типа обеспечивают присоединение причального буя 11 к турели 1. Конструктивные соединители 25 предназначены для передачи моментов, вертикальных и горизонтальных нагрузок. Гидравлические цилиндры 26 обеспечивают приведение соединителей 25 в действие, и система, включающая винт и мотор-редуктор, используется в качестве системы механической блокировки. Каждый соединитель может быть приведен в действие по отдельности при присоединении буя для осмотра, технического обслуживания и ремонта.
Повторное присоединение буя 11 к полости 42 обеспечивается посредством подъема причального буя 11 посредством монтажного троса 17, который проходит через полый стальной направляющий элемент 44 в центре камеры манифольда 7. Причальный буй 11 присоединяют, не обращая какого-либо особого внимания на его ориентацию. Только после того как судно 14 будет надежно пришвартовано к бую 11, поворотную платформу 31 с полностью скомплектованным турельным манифольдом 7 поворачивают так, чтобы она соответствовала ориентации труб на буе. То обстоятельство, что весь манифольд 7 может быть сориентирован относительно турели 1, позволяет избежать выполнения выравнивания труб манифольда относительно труб причального буя на критической стадии повторного соединения, когда опора для буя 11 обеспечивается со стороны соединительной лебедки 45 и буй 11 еще не прикреплен надежным образом к турели 1.
В центре турели 1 образовано гнездо для причального буя 11, и в нижней части гнездо заканчивается цилиндрической полой конструкцией, которая обеспечивает удерживание нижнего опорного узла турели. Данный нижний опорный узел состоит из комплекта опорных планок 5 с низким коэффициентом трения, выполненных из самосмазывающегося материала, закрепленного на наружном корпусе нижней турели, и из радиальных стопоров 28. Опоры 5 расположены радиально для обеспечения противодействия горизонтальным силам, действующим со стороны системы якорного крепления, при одновременном обеспечении возможности поворота турели 1 внутри буровой шахты 2. Планки являются самоориентирующимися и могут быть осмотрены и удалены на месте посредством обеспечения доступа к ним в нижней турели.
Фиг.3 показывает верхнюю опорную систему 4 и опорную систему 32 для поворотной платформы по настоящему изобретению более подробно. Ссылочная позиция 31 обозначает поворотную платформу, которая служит опорой для палуб манифольдов и блока вертлюгов верхней турели с возможностью поворота. Поворотная платформа может быть поднята с помощью гидравлических средств вверх (на несколько миллиметров) посредством гидравлического домкрата 33, так что опорная система 32 может быть приведена в действие и обеспечивать опору для поворотной платформы на турели с возможностью поворота, что необходимо только для выравнивания манифольда относительно трубопроводов (труб) уже присоединенного буя. Для поворота поворотной платформы 31 в целях выравнивания система 52 привода с двигателем, предназначенная для поворотной платформы, например, образована системой реечного привода такого типа, который аналогичен известным системам приводов для поворота турели. Данная приводимая в действие временно опорная система 32 поворотной платформы предпочтительно содержит опору в виде ходовых колес, имеющую по меньшей мере 3 комплекта ходовых колес, выполненных с возможностью смещения в вертикальном направлении с помощью гидравлических средств, но также может содержать любую другую известную систему опор, включая системы шаровых опор, направляющие планки и т.д. После выравнивания поворотная платформа может быть снова опущена (на несколько миллиметров) на турель посредством вывода из работы ходовых колес, выполненных с возможностью смещения в вертикальном направлении с помощью гидравлических средств, и поворотная платформа 31 и турель могут быть зафиксированы и скреплены вместе в данном положении посредством гидравлических домкратов 33.
Фиг.4 иллюстрирует подводный буй 11 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Цель системы якорного крепления в соответствии с данным вариантом осуществления состоит в облегчении подъема погруженного буя 11, используемого в качестве системы якорного крепления, выполненной с возможностью отсоединения и предназначенной для судна 14, посредством оснащения его резервуаром 15 переменной плавучести. Функционирование с переменной плавучестью обеспечивается посредством использования сжимаемого вещества, такого как воздух, более легкого, чем вода, и имеющего меньший модуль объемной упругости. Вещество, содержащееся в резервуаре 15, обеспечивает выравнивание давления данного вещества и гидростатического давления или за счет непосредственного контакта (за счет того, что оно содержится в резервуаре, который находится в открытом контакте с морем), или посредством деформируемой мембраны, задних частей, заполненных воздухом, поршня и т.д. Поскольку данное вещество обладает большей сжимаемостью по сравнению с водой, объем вещества и, следовательно, объем жидкости, вытесняемой резервуаром 15, зависит от глубины, на которой расположен резервуар. Исходное количество вещества, подлежащего вводу в резервуар 15, определяется так, чтобы обеспечить полную или частичную компенсацию колебания веса подвешенной системы якорного крепления/райзеров в зависимости от глубины. Когда буй отсоединяется от судна и погружается, гидростатическое давление, действующее на резервуар, увеличивается, и объем вещества уменьшается, как схематически проиллюстрировано на фиг.4.
Плавучесть резервуара 15 становится меньше, и буй продолжает погружаться до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие по отношению к остальным вертикальным силам, действующим на буй (весу буя, весу подвешенной системы якорного крепления/райзеров).
При подъеме буя из его отсоединенного положения покоя давление, действующее на вещество, уменьшается, и объем вещества увеличивается, в результате чего плавучесть увеличивается и уменьшается тяговое усилие, необходимое для подъема буя и его системы якорного крепления/райзеров.
Следовательно, нагрузки, действующие на соединительную лебедку, уменьшаются по сравнению с обычными системами, что обеспечивает возможность повторного присоединения причального буя с меньшей динамикой и при более сильном волнении моря.
Большое предварительное натяжение троса для повторного присоединения при повторном присоединении обусловлено изменением веса подвешенных цепей/райзеров в процессе повторного присоединения. Данное изменение может находиться в пределах, например, 600 тонн. Наличие резервуара 15 с переменной плавучестью в буе 11 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность повторного присоединения буя и удерживания буя в присоединенном состоянии с уменьшенным предварительным натяжением. Следовательно, изменение веса подвешенного груза может быть компенсировано изменением объема.
Однако данный резервуар 15 с переменной плавучестью, встроенный в буй 11, может быть недостаточным для гарантирования того, что буй будет погружаться достаточно глубоко и достаточно быстро, например, для избежания столкновения с айсбергом. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением предлагается прикрепить груз 16 посредством троса 17 к бую 11.
Фиг.5 иллюстрирует систему во время отсоединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Система в соответствии с настоящим изобретением в особенности предназначена для отсоединения в случае приближения айсберга. После последующего повторного присоединения или после исходного монтажа турель должна быть подготовлена для отсоединения. В случае определения того, что айсберг находится прямо по курсу относительно данного места, и принятия решения об отсоединении напорные трубопроводы будут промыты, после чего клапаны, расположенные перед и за гидравлическим соединителем по ходу потока, будут закрыты. Короткий участок трубопровода, расположенный за гидравлическим соединителем по ходу потока, будет поднят после разъединения верхней точки соединения для создания зазора между буем и принимающей его полостью в турели. Шлангокабель будет отсоединен одновременно посредством использования аналогичной операции. При принятии окончательного решения об отсоединении механические фиксаторы конструктивного соединителя будут расфиксированы, и конструктивный соединитель будет разъединен. В этом случае причальный буй 11 будет отсоединен от судна и будет медленно погружаться на заданную глубину в воду. Теперь судно может отойти от приближающегося айсберга и буя 11, расположенного на достаточной глубине (например, составляющей приблизительно 100 метров от поверхности), для избежания контакта с айсбергом.
В варианте осуществления, показанном на фиг.5, все параметры, а именно плавучесть буя 11, масса груза 16, необходимого под ним при отсоединении, и длина троса 17, заранее определены таким образом, что буй будет погружаться на заданную глубину. В показанном варианте осуществления длина троса 17 отрегулирована таким образом, что буй 11 достигнет заданной для него глубины, когда груз 16 коснется морского дна 19, хотя предусмотрены другие варианты осуществления, в которых груз 16 остается свободным от контакта с морским дном. Данная конфигурация гарантирует отличную устойчивость в отсоединенном состоянии, и предварительное натяжение в соединенном состоянии (при прикрепленном грузе) обеспечивает возможность опускания буя в течение короткого допустимого времени. В данной конфигурации сжимаемый резервуар 15, установленный внутри буя 11, можно использовать постоянно для регулирования плавучести как в соединенном, так и в отсоединенном состоянии.
Фиг.6 показывает систему во время соединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Тяговая лебедка 20 расположена на осевой линии турели 1 на конструкции 7 манифольда. Лебедка 20 используется для втягивания буя 11 внутрь буровой шахты 2 турели во время повторного присоединения. Накопительная лебедка может быть расположена рядом с тяговой лебедкой для приема троса (непоказанного), предназначенного для повторного присоединения буя. Лебедка с соответствующим шкивом также используется для подсоединения райзеров 12 и шлангокабелей.
Для (повторного) присоединения буя 11 груз 16 поднимают посредством соединительной лебедки 20 вместо буя 11, что имеет место для обычных систем. За счет его положительной плавучести буй 11 сможет подниматься на ту же величину, на которую был поднят груз 16. Следовательно, «подъем» буя 11 регулируется подъемом груза 16. Действительно, трос 17 лебедки обеспечивает подъем непосредственно груза 16 в состоянии предварительного натяжения, в то время как буй 11 перемещается вдоль троса 17. Вертикальные перемещения буя регулируются и ограничиваются стопором 21, закрепленным на тросе 17 лебедки. Контакт между стопором 21 и буем 11 является или прямым (см. фиг.8а), или смягченным пружинами 22 для обеспечения плавной передачи нагрузки между лебедкой 20 и буем 11, как проиллюстрировано на фиг.8b-8d.
Теоретически втягивание буя 11 приблизительно аналогично подъему только груза 16. Когда судно 14 поднимается, груз 16 и стопор 21 следуют за ним. Буй сможет подниматься за счет его собственной положительной плавучести. Когда судно 14 погружается, стопор 21 входит в контакт с буем, передавая нагрузку, действующую со стороны лебедки 20, на буй, регулируя его подъем. Если лебедка 20 дает слабину в данном процессе, максимальная нагрузка, при которой судно снова поднимается вверх, имеет ограниченную амплитуду, поскольку она ограничена только массой груза 16. Конфигурации, в которых груз 16 прикреплен к бую 11 посредством пружинных элементов (фиг.8b-8d), способствуют ограничению амплитуды быстродействующих нагрузок посредством плавной передачи нагрузок между лебедкой 20 и буем 11. Может быть показано, что «разъединение» становится эффективным, когда жесткость пружины 22 мала по сравнению с тросом 17 лебедки. Анализ чувствительности в отношении жесткости пружин показал, что отношение 1/10 (то есть ~1000 кН/м для троса лебедки с характеристикой 10000 кН/м) представляет собой реальный порядок величины.
За счет подъема только груза 16, находящегося под действием сравнительно небольшого предварительного натяжения, во время повторного присоединения буя 11 настоящее изобретение обеспечивает очень эффективный способ повторного присоединения буя, имеющего существенный размер и несущего сравнительно большое количество райзеров, и обеспечивает возможность использования основной лебедки, которая имеет грузоподъемность, которая сравнима с грузоподъемностью барабанных лебедок, которые известны и доступны в данной области техники.
Система в соответствии с настоящим изобретением также может быть предусмотрена с пружинящими буями 18 для уменьшения веса якорных оттяжек 10, и они также могут быть использованы в качестве «устройств прекращения опускания» для регулирования опускания и стабилизации глубины отсоединенного причального буя.
Еще одно преимущество данной системы состоит в том, что она обеспечивает гидродинамическое отсоединение буев от нагрузок, действующих со стороны лебедки, при этом приоритет отдается выбору размеров в соответствии с функциональностью над оптимизацией гидродинамики.
Фиг.7а и 7b показывают альтернативные варианты осуществления отсоединения/присоединения буя 11 в соответствии с настоящим изобретением. Основное отличие от известных решений заключается в том, что отсутствует необходимость в том, чтобы груз 16 касался морского дна 19, и в постановке на якорь отсоединенного буя с райзерами, поскольку в случае изобретения причальный буй уже предусмотрен с якорными оттяжками 10, которые удерживают отсоединенный буй на месте в горизонтальном положении. Груз 16 предназначен только для облегчения, управления и упрощения операции присоединения и отсоединения причального буя. Дополнительные грузы 23 могут быть добавлены на каждой якорной оттяжке 10, как показано на фиг.7а и 7b. В данном варианте осуществления длина троса 17 может быть отрегулирована таким образом, что буй 11 будет достигать заданной для него глубины, когда грузы 23 коснутся морского дна 19. Данная конфигурация гарантирует такие же преимущества, как конфигурация, показанная на фиг.5. Повторное присоединение буя 11 в соответствии с данным вариантом осуществления выполняется согласно такой же процедуре, как показанная на фиг.6.
Как было указано ранее, фиг.8а-8е показывают разные варианты осуществления отсоединяемого буя с соединенным с ним грузом 16, находящимся под предварительным натяжением.
Фиг.8а и 8е иллюстрируют случаи, когда контакт между стопором 21 и буем 11 является прямым. На фиг.8е груз 16 подвешен под буем 11 и имеет вид длинной тяжелой цепи 24. Фиг.8b-8d иллюстрируют случаи, в которых контакт между стопором 21 и буем 11 сделан более плавным посредством пружин 22 для обеспечения плавной передачи нагрузки между лебедкой 20 и буем 11. На фиг.8b пружина 22 расположена у верхней части буя 11 между стопором 22 и буем 11. На фиг.8с пружина расположена внутри буя в полом канале, в котором трос 17 также проходит через буй 11. В данной конфигурации стопор 21 расположен под буем 11. На фиг.8d груз 16 не висит под буем, как проиллюстрировано на фиг.8а, 8b, 8с и 8е, а расположен внутри буя с пружинными средствами 21 над и под грузом, при этом стопор 21 расположен под буем 11. Данные варианты осуществления не являются ограничивающими, и любая комбинация данных показанных вариантов осуществления также может быть реализована. Например, вариант осуществления, показанный на фиг.8е, может быть модифицирован посредством выполнения более плавного контакта между стопором 21 и буем 11 с помощью пружин.