Устройство доставки и извлечения, способ и применения
DELIVERY AND RECOVERY DEVICE, METHOD AND APPLICATION

Приоритет настоящей заявки заявляется по дате подачи заявки США №61/736803, поданной 13 декабря 2012, содержание которой включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область изобретения
Варианты выполнения настоящего изобретения в целом относятся к области морской сейсмической разведки. Более конкретно, раскрыты устройство и способы для более эффективной и надежной установки, управления и извлечения груза в неустойчивой (морской) среде.
2. Уровень техники
Сейсмические данные, давно используемые при разведке нефти, все чаще используются не только для разведки, но и при добыче, разработке и эксплуатации уже разработанного нефтяного месторождения и, как правило, называются в данной области как «сейсморазведка».
В морской среде, сейсмические данные традиционно собирают с надводных кораблей, буксирующих длинные косы приемников и вводящих энергию воздушными пушками, буксируемыми за этим же или отдельным судном-источником. За последние десятилетия были разработаны автономные приемники, размещаемые на дне океана, называемые «узлами» или Донными Сейсмометрами (OBS). Узлы содержат собственный источник питания и регистрируют сейсмические данные пассивно и непрерывно, начиная со времени, когда они были размещены на морском дне и запущены в действие, и до тех пор, пока они не будут остановлены и/или вынуты.
Трехмерная сейсмическая томография была обычным делом в течение трех десятилетий, но в последние годы, по мере совершенствования сейсморазведки, по необходимости возникло четвертое измерение, время. В 4D сейсморазведке идентичные (насколько это возможно) 3D сейсмические программы повторяют через интервалы времени от нескольких месяцев до нескольких лет, а потом эти результаты сравнивают. Различия могут быть связаны и их связывают с изменениями в самом нефтяном месторождении как функцию добычи. Это, в свою очередь, позволяет менеджерам нефтяного месторождения лучше размещать будущие скважины и/или управлять инжекторами и текущими рабочими скважинами для максимального использования ресурса.
Затраты на донную сейсмическую регистрацию, как правило, значительно превышают затраты на поверхностную, преимущественно, за счет размещения и извлечения оборудования на дне океана. По мере того, как нефтедобыча перемещается в более и более глубокие воды, эти расходы возрастают. В случае узлов в очень глубокой воде, узлы размещают и извлекают с помощью рабочих транспортных средств с дистанционным управлением (ROV) тяжелого класса, которые не только дорогостоящие сами по себе, но также нуждаются в операторах, другом экипаже, резервировании, техническом обслуживании, электроэнергии и палубном оборудовании, что влечет за собой необходимость в более крупных судах, что в совокупности делает такие операции чрезвычайно дорогостоящими. Из-за этих расходов приемники на дне океана, как правило, размещают с очень крупной (например, от 200 до 600 м) сеткой и выстреливают в них из поверхностного источника с мелкой сеткой. Тем не менее, даже перемещение по крупной сетке с помощью транспортного средства с дистанционным управлением (ROV) и оборудованного ROV судна требует значительного времени и затрат.
В глубокой воде ROV наиболее часто опускают с поверхностных судов или платформ и извлекают на них совместно с их системой управления кабель-тросом (TMS). Вместе TMS и ROV опускают за борт и подвешивают в водной толще к поверхности с помощью шлангокабеля. Шлангокабель обычно представляет собой тяжелый армированный кабель, который переносит питание и данные, соединяя ROV/TMS с поверхностью. При достижении рабочей глубины ROV отсоединяется от TMS и способно «свободно перемещаться» независимо от TMS, будучи соединенным намного более легким и более гибким кабелем, называемым кабель-тросом. Как и шлангокабель, кабель-трос передает питание и данные между ROV и TMS посредством проводников. TMS остается подвешенной в толще воды под надводным судном или платформой с помощью шлангокабеля.
Извлечение ROV является двухэтапным процессом. ROV вместе со своей TMS должен вернуться и закрепиться в надежном положении, причем TMS в процессе выбирает слабину кабель-троса. Как только они соединились, их лебедкой поднимают на поверхность с помощью шлангокабеля. Обе операции могут сопровождаться значительными рисками. В случае, когда TMS подвешена с надводного судна, она подвергается тем же движениям (в некоторых случаях усиленным движениям), что и надводное судно, если только не используется компенсация вертикальной качки. Известны различные средства компенсации вертикальной качки, но все они дорогостоящи и добавляют износ к шлангокабелю, другому чрезвычайно дорогостоящему элементу.
Соединенные вместе TMS и ROV весьма чувствительны к повреждениям при переходе границы раздела воздух/вода, до тех пор, пока они не будут надежно закреплены на палубе, преимущественно из-за движений судна. Вместе с тем фактом, что извлечение модуля с больших глубин может само по себе отнимать много времени, решающим значением для эффективной работы является сведение к минимуму числа раз, которое ROV должно быть поднято на судно. Кроме того, существуют опасения в отношении безопасности для экипажа во время операций по подъему, которые отсутствуют, когда ROV остается на глубине.
Для ROV, занимающихся установкой узлов и других компонентов системы OBS, подводная перезагрузка ROV соответствующими компонентами представляет собой желательную альтернативу подъему ROV и перезагрузки его на поверхности. Используются некоторые механизмы, обеспечивающие это: например, в патенте США №7632043 раскрыто второе устройство (перезагружатель), которое загружают на поверхности судна заменяющим грузом для ROV. Это устройство и груз опускают через толщу воды на морское дно в непосредственной близости от ROV. ROV, которое свободно перемещается независимо от своей TMS на своем кабель-тросе и использует специально разработанные для этой цели приборы и механизмы, которые оно переносит, входит во взаимодействие с перезагружателем и выполняет обмен грузами перезагружателя и ROV. После обмена ROV отходит от перезагружателя и продолжает свою миссию на морском дне, а перезагружатель поднимают лебедкой на поверхность и обратно на борт судна.
Как описано, этот обмен проводится на морском дне по очень практической причине: перезагружатель неподвижен на дне и не подвержен вертикальным перемещениям вследствие вертикальной качки надводного судна, которым он подвергается во время спуска/подъема. Однако имеются риски и отнимающие много времени проблемы, связанные с приземлением этой тяжелой техники на дно моря. Профиль морского дна может быть не пригоден для приземления перезагружателя, или там могут иметься и другие дорогостоящие объекты, которые необходимо избегать, что ведет к необходимости нахождения более подходящего места для надводного судна и всего подвешенного оборудования. Кроме того, если дно мягкое и/или илистое, видимость, необходимая для взаимодействия с перезагружателем, из-за легких течений, возникающих обычно на значительных глубинах океана, может быть затруднена в течение длительного периода времени.
В отношении эффективности, необходимость посадки перезагружателя на морское дно для выполнения передачи, ведет к необходимости остановки надводного судна и удерживания его положения на поверхности. В процессе передачи и до тех пор, пока она не окончена, вся работа останавливается, даже в случае если используется второе ROV, которое до сих пор имеет груз.
Кроме того, «перезагружатели», как описано в настоящем документе и в других источниках, имеют свои собственные присущие им проблемы. Во-первых, они, как правило, представляют собой большие массивные машины, что делает их дорогостоящими, обслуживание трудоемким, они занимают большую часть ценного пространства палубы и нуждаются в своих собственных системах спуска и извлечения (LARS), тогда как ROV представляют собой вторую часть большого оборудования, с учетом всех этих же недостатков, и, кроме того, они потребляют много электроэнергии, что требует еще больше ресурсов на борту.
По всем вышеуказанным и прочим причинам, понятным специалистам в данной области техники, существует необходимость влияния на обмен узлами между надводным судном и ROV, работающим на глубине, вообще без необходимости использования «перезагружателя» или с использованием минимального количества механизмов, которые достаточно легкие, простые и недорогие, так что специализированный LARS становится ненужным. Кроме того, если такая передача может быть выполнена в середине толщи воды, когда судно, TMS и погрузчик находятся в движении к следующему месту установки, обмен может быть выполнен без задержки из-за этой работы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНОВ
Следующие термины, среди прочих, используются в настоящем документе для описания не ограничивающих, основанных на примерах, и иллюстративных вариантов выполнения и аспектов изобретения, и приведены ниже, чтобы помочь читателю более четко понимать изобретение.
Толща воды: вертикальный (в глубину) объем воды между поверхностью и дном моря или озера, где осуществляется морская сейсмическая деятельность. Средняя толща воды относится к глубине, промежуточной между поверхностью и морским дном, где, например, могут быть оперативно расположены «подвешенные механизмы».
Транспортное средство с дистанционным управлением (ROV): погружное, дистанционно управляемое транспортное средство, обычно соединенное с системой управления кабель-тросом (TMS), и считается «грузовой станцией». ROV в свободном перемещении относится к ROV, которое было механически отсоединено от TMS и присоединено к своей TMS только посредством гибкого троса, что позволяет ему перемещаться независимо от этой TMS. TMS дополнительно соединена с надводным или околонадводным судном, платформой или другой конструкцией с помощью шлангокабеля. Вместе кабель-трос и шлангокабель передают питание и данные между ROV и поверхностью.
Конвейер: Конвейер относится к любому механизму транспортировки, включая, но не ограничиваясь, конвейерные ленты, сетки, ролики, цепи, желоба, наклонные плоскости или другие устройства или оборудование, обеспечивающее возможность перемещения элементов вдоль некоторой траектории, фиксированной или изменяемой, от одной точки в пространстве ко второй точке в пространстве.
Подъемный трос: Это трос, канат, кабель или аналогичный гибкий элемент, который переносит законченный модуль грузов при перемещении между надводным судном и ROV. Первый конец прикреплен к подъемному оборудованию на борту судна, такому как лебедка, выполненная с возможностью контролируемого опускания или подъема троса с грузом или без него. В некоторых вариантах выполнения подъемный трос также содержит негрузовые устройства, добавленные в рабочих целях, которые описаны ниже. Подъемный трос может также иметь одну или несколько пассивных точек привязки, выполненных как его часть, или присоединенных к нему, с помощью узла, сращивания, обжима, разъема или другого механизма, предусмотренного на противоположном втором конце или вблизи него, к которому может быть прикреплен груз или другие устройства, тросы или вес.
Груз: груз относится к одному или нескольким сейсмическим датчикам (например, «узлам»; «автономным узлам»), но, возможно, включает и другие устройства, которые могут быть доставлены с помощью подъемного троса от надводного судна к ROV и переданы ROV в процессе выполнения операции установки. В процессе подъема груза в обратном процессе груз переносят с ROV к надводному судну с помощью подъемного троса, причем указанный обратный процесс состоит из того же, аналогичного или другого набора этапов.
Узел: Донный датчик (OBS) или сейсмический датчик, представляющий собой «груз» или «единичный груз».
Негрузовые устройства: Негрузовые устройства может включать в себя вес, крылья или другие различные объекты, которые могут быть прикреплены с помощью различных средств к подъемному тросу, но не передаются к ROV, когда передается груз.
Оттяжной трос: Оттяжные тросы используются в некоторых вариантах выполнения для выполнения подъема от подъемного троса до грузовых или негрузовых устройств с отрицательной плавучестью.
Привязные устройства: Привязные устройства могут представлять собой тросы, канаты или другие гибкие или жесткие элементы, которые не переносят вес грузовых или негрузовых устройств с отрицательной плавучестью, но, вместо этого, контролируемо удерживают устройство в каком-то требуемом положении по отношению к подъемному тросу, в целях управления перемещением устройств, которое может возникнуть в результате сопротивления во время подъема, спуска или горизонтального перемещения подъемного троса.
Активное привязное устройство: Активное привязное устройство представляет собой защелку, захват, зажим, скобу или другое функционально аналогичное устройство (обычно имеющее подвижные части), которым можно управлять с помощью какого-либо другого устройства, например, роботизированного манипулятора на ROV, таким образом, чтобы соединять или отсоединять два устройства, одно от другого. Активные привязные устройства могут быть расположены на одном или обоих концах оттяжного троса, одном или обоих концах привязного устройства, и в одной или нескольких точках на грузовом или негрузовом устройстве. Активные привязные устройства могут взаимодействовать с пассивными привязными устройствами, включая те, которые могут быть установлены в различных местах вдоль подъемного троса, других активных привязных устройств, или с возможностью скольжения зацепляться с подъемным тросом, оттяжным тросом или привязью.
Пассивное привязное устройство (также пассивная точка привязки): Пассивное привязное устройство представляет собой скобу, кольцо, узел, петлю, серьгу или функционально подобное устройство (как правило, без движущихся частей), которое может быть зацеплено активным привязным устройством (устройствами), или соединено с одним или несколькими другими пассивными привязными устройствами для формирования разветвления в оттяжных тросах, привязи или подъемном тросе. Эти устройства могут быть расположены на одном или обоих концах оттяжного троса, на одном или обоих концах привязного устройства, и в одной или нескольких точках на грузовом или негрузовом устройстве. В некоторых вариантах выполнения пассивное привязное устройство может с возможностью скольжения зацепляться с оттяжным тросом, привязью или подъемным тросом. Подъемный трос может также иметь одну или несколько пассивных точек привязки, выполненных частично узлом, сращиванием, зажимом или другими способами, в том числе на его втором конце или вблизи него, к которому могут быть прикреплены грузовые или негрузовые устройства, тросы или вес.
В процессе перемещения: в процессе перемещения означает динамическое или пассивное рабочее перемещение объекта; например, надводного судна под паром (динамическое); объекта на буксире надводного судна (пассивное); перемещение ROV из точки А в точку Б; и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты выполнения настоящего изобретения представляют собой устройство и способы, обеспечивающие возможность захвата и управления грузом при сравнительно больших рабочих глубинах в неустойчивой морской среде (в толще воды), когда груз может находиться в процессе перемещения.
Иллюстративный вариант выполнения представляет собой способ опускания груза и управления грузом в неустойчивой среде, который включает этапы опускания единичных грузов с морского надводного судна, и который дополнительно включает: размещение, на морском надводном судне, указанных единичных грузов, каждый из которых имеет подсоединенные к нему привязные устройства; соединение, с возможностью отсоединения, по меньшей мере двух из указанных единичных грузов с помощью соответствующих одних из привязных устройств на морском надводном судне с образованием цепочки грузов; соединение, с возможностью отсоединения, цепочки грузов с подъемным тросом, которую контролируемо опускают с морского надводного судна в/из толщу воды; и опускание подъемного троса и присоединенной цепочки грузов в толщу воды. В различных неограничивающих иллюстративных аспектах предложенный способ может включать некоторые или все из следующих этапов, ограничений и/или признаков:
- указанные привязные устройства, подсоединенные к каждому единичному грузу, содержат пассивное привязное устройство и активное привязное устройство;
- этап соединения с возможностью отсоединения по меньшей мере двух из указанных единичных грузов включает соединение с возможностью отсоединения пассивного привязного устройства соответствующего единичного груза с активным привязным устройством соответствующего непосредственно примыкающего к нему единичного груза;
- пассивное привязное устройство и активное привязное устройство каждого единичного груза расположены диаметрально противоположно по периметрической области каждого единичного груза;
- этап размещения, на морском надводном судне, указанных единичных грузов дополнительно включает ориентацию каждого из указанных единичных грузов таким образом, что его пассивное привязное устройство находится в переднем положении опускания, а его активное привязное устройство находится в заднем положении опускания;
- этап соединения с возможностью отсоединения цепочки грузов с подъемным тросом дополнительно включает соединение с возможностью отсоединения первого конца оттяжного троса с концевым задним активным привязным устройством, при этом второй конец оттяжного троса жестко соединяют с подъемным тросом;
- дополнительно включает соединение с возможностью скольжения первого конца оттяжного троса с подъемным тросом;
- дополнительно включает соединение с возможностью скольжения и отсоединения пассивного привязного устройства переднего единичного груза с подъемным тросом;
- надводное судно и опущенная цепочка грузов находятся в процессе перемещения;
- дополнительно включает захват цепочки грузов в толще воды, дополнительно включающий: размещение ROV, содержащего роботизированный манипулятор и грузовой отсек, в толще воды в непосредственной близости от переднего конца развернутой цепочки грузов; отсоединение пассивного привязного устройства переднего опущенного единичного груза от подъемного троса; начиная с отсоединенного переднего опущенного единичного груза, втягивание цепочки грузов в грузовой отсек, управляя перемещением ROV вверх и вперед; и при, по меньшей мере частичном, захвате цепочки грузов, отсоединение концевого заднего активного привязного устройства цепочки грузов от первого конца оттяжного троса;
- дополнительно включает отсоединение цепочки грузов в грузовом отсеке.
Иллюстративный вариант выполнения представляет собой способ управления грузом и извлечения груза из погруженного ROV в неустойчивой среде на морское надводное судно, включающий следующие этапы: размещение ROV, содержащего роботизированный манипулятор и грузовой отсек, содержащий цепочку грузов, состоящую из соединенных с возможностью отсоединения единичных грузов, каждый из которых имеет подсоединенные к нему привязные устройства; расположение опущенного подъемного троса, содержащего оттяжной трос, имеющий пассивное привязное устройство, подсоединенное к его первому концу и прочно соединенное своим вторым концом с развернутым подъемным тросом морского надводного судна; захват пассивного привязного устройства, подсоединенного к первому концу оттяжного троса, с помощью роботизированного манипулятора, и зацепление его с активным привязным устройством, расположенным на переднем уложенном конце цепочки грузов; и извлечение цепочки узлов из грузового отсека ROV. В различных неограничивающих иллюстративных аспектах воплощенный способ может включать некоторые или все из следующих этапов, ограничений и/или признаков:
- этап извлечения цепочки узлов из отсека ROV дополнительно включает управление ROV для перемещения ROV вниз и в сторону от подъемного троса;
- надводное судно, развернутый подъемный трос и ROV находятся в процессе перемещения.
Иллюстративный вариант выполнения донного датчика (OBS) содержит корпус и подсоединенные к нему привязные устройства, причем указанные привязные устройства содержит по меньшей мере одно пассивное привязное устройство и по меньшей мере одно активное привязное устройство, расположенные диаметрально противоположно. В различных неограничивающих иллюстративных аспектах воплощенный OBS может содержать некоторые или все из следующих компонентов, ограничений и/или признаков:
- заявленный донный датчик (OBS) содержит несколько соединенных с возможностью отсоединения OBS, с формированием цепочки из OBS, причем пассивное привязное устройство одного OBS подсоединено к активному привязному устройству непосредственно смежно расположенного OBS.
Следует иметь в виду, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, более подробно обсуждаемые ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимоисключающими), рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, приведенные в конце настоящего описания, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем документе. Следует также понимать, что терминологию, применяемую в настоящем документе явным образом, которая также может появиться в любом раскрытии информации, приведенной в качестве ссылки, следует понимать в значении, наиболее соответствующем конкретным концепциям, раскрытым в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает иллюстративную конфигурацию палубы надводного судна морской сейсмической разведки, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 2 показывает другой вид палубы, изображенной на Фиг. 1;
Фиг. 3 показывает единичный OBS (узел), оснащенный двумя привязными устройствами в противоположных периметрических местах, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 4 показывает связанную цепочку узлов, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 5a показывает детали активного привязного устройства узла в закрытом/замкнутом положении;
Фиг. 5b показывает детали активного привязного устройства в открытом/разомкнутом положении, в соответствии с неограничивающими иллюстративными аспектами изобретения;
Фиг. 6 показывает цепочку узлов, доставленных из области хранения узла, ориентированной на конвейере, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 7 показывает оттяжной трос, прикрепляющий цепочку узлов к подъемному тросу, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 8 показывает детали самого заднего узла цепочки узлов, ограниченных относительно подъемного троса привязью, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 9, аналогичным образом, показывает детали самого переднего узла цепочки узлов, ограниченных относительно подъемного троса привязью, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 10 показывает цепочку узлов, полностью прикрепленную к подъемному тросу в области привязки узлов посредством оттяжного троса и привязями, и готовую к опусканию в толщу воды, в соответствии с иллюстративным аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 11 показывает цепочку узлов, опущенную с кормы надводного судна, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 12a и 12b показывают, соответственно, цепочку узлов и две последовательных цепочки узлов, развернутых в толще воды, в соответствии с иллюстративным аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 13 показывает ROV, оснащенный двумя роботизированными манипуляторами и грузовым отсеком для хранения узла, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 14-18 показывают развернутую цепочку узлов в толще воды до захвата и после захвата посредством ROV, в соответствии с иллюстративными аспектами изобретения;
Фиг. 19 (А, В) иллюстрирует ROV 800, использующее свой роботизированный манипулятор для высвобождения активного привязного устройства последнего узла путем приведения в действие привязного устройства узла, освобождая всю цепочку узлов от оттяжного троса, ранее выполняющего подъем от подъемного троса к цепочке узлов, в соответствии с иллюстративными аспектами изобретения;
Фиг. 20 иллюстрирует один из многих способов освобождения отдельных узлов, входящих в состав цепочки узлов, друг от друга, в области хранения ROV, так что они могут быть размещены по отдельности на дне океана с использованием роботизированного манипулятора ROV, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 21 иллюстрирует процесс извлечения узла, который начинается с того, что ROV извлекает первый узел со дна океана с помощью роботизированного манипулятора и помещает его на конвейер на грузовой платформе для хранения узла в ROV, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 22 (A-F) иллюстрирует процесс повторного создания цепочки узлов из отдельных извлеченных узлов на грузовой платформе ROV, в соответствии с иллюстративными аспектами изобретения;
Фиг. 23 иллюстрирует, как ROV управляют, чтобы оно свободно переместилось обратно в положение, находящееся в непосредственной близости от свободного оттяжного троса на подъемном тросе, и используют его роботизированный манипулятор, чтобы захватить пассивное привязное устройство оттяжного троса и зацепить его с активным привязным устройством переднего (извлеченного) узла цепочки узлов, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 24 иллюстрирует, как ROV перемещает конвейеры платформы внутри грузовой платформы для хранения узлов, перемещаясь вниз и удаляясь от подъемного троса, оставляя вес цепочки узлов для переноса оттяжной линией, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения;
Фиг. 25 показывает ROV, свободно перемещающееся от цепочки узлов так, чтобы цепочка узлов могла быть извлечена на поверхность и ROV могло вернуться для извлечения дополнительных узлов, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения; и
Фиг. 26 иллюстрирует, как цепочка узлов подвешена в толще воды с естественным вогнутым профилем, проходящим через центральные точки крышек узлов, в соответствии с иллюстративным аспектом изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает иллюстративную конфигурацию палубы 10 надводного судна для морской сейсморазведки. Первый конец подъемного троса 100 прикреплен к подъемному устройству 20 (например, лебедке), установленной на палубе 10, проходит вниз через центральный проход конвейера 30, и через скат 40, свисающий с кормы судна. Второй конец подъемного троса 100 натянут грузом 110. Скат 40 может содержать ролики, шкивы или другие механизмы для уменьшения трения между скатом 40 и подъемным тросом 100.
Фиг. 2 показывает другой вид палубы 10. Конвейер 30 состоит из двух частей: 30a и 30b, так что трос 100 может проходить вниз через центр конвейера ниже верхнего уровня конвейеров 30a и 30b, чтобы обеспечивать возможность транспортировки узлов 200 (Фиг. 3) по поверхности конвейера без вмешательства со стороны протянутого троса 100. Проход к области узла хранения и от области (не показана) обозначен номером позиции 201.
Фиг. 3 иллюстрирует единичный узел 200, имеющий, в противоположных периметрических местах, два привязных устройства - активное привязное устройство 210 и пассивное привязное устройство 220. Активное привязное устройство 210 имеет тип, напоминающий самоконтрящуюся пружинную защелку, которая, когда зацеплена с правильно подобранным пассивным привязным устройством непосредственно прилегающего узла, открывается, чтобы обеспечить возможность вхождения пассивного привязного устройства, но как только полностью зацеплена, не позволяет высвобождение без постороннего воздействия. В частности, активное устройство 210 зацепляет и захватывает пассивное устройство 220 (а также другие пассивные привязные устройства) непосредственно прилегающего узла так, чтобы образовывать связанную цепочку 400 узлов, как показано на Фиг. 4 и 6. Количеством связанных узлов может управлять по желанию, вплоть до максимальной грузоподъемности соответствующих механизмов.
Фиг. 5a показывает детали не ограничивающего иллюстративного активного привязного устройства 210 в закрытом/замкнутом положении, а Фиг. 5b - в открытом/высвобождающем положении. Устройство может быть нагружено пружиной или предварительно нагружено так, чтобы оставаться закрытым, пока на него не воздействуют в точке активации (например, в точках 211, 212 или 213), как показано на чертеже.
На Фиг. 6 узлы, подаваемые из области хранения узла, показаны ориентированными на конвейере 30 и соединенными друг с другом с формированием проиллюстрированной цепочки 400 из шести узлов. Цепочка 400 узлов в этот момент не прикреплена к подъемному тросу 100.
На Фиг. 7 цепочка 400 узлов показана прикрепленной к подъемному тросу 100 посредством оттяжного троса 300. Подъемный трос 300 на каждом конце имеет привязное устройство 310 (активное или пассивное). Первый конец привязного троса жестко прикреплен к подъемному тросу 100 в точке 320 с помощью соединительного элемента. Второй конец оттяжного троса входит в зацепление с и захватывается активным привязным устройством 210 на самом переднем узле 200-1 цепочки 400 узлов. Оттяжной трос 300 осуществляет подъем от подъемного троса 100 к цепочке 400 узлов, как только вся сборка проходит за борт по скату 40, показанному на Фиг. 6.
На Фиг. 8 самый задний (при спуске) узел 200-1 цепочки 400 узлов удерживается относительно подъемного троса 100 привязью 500, первый конец (510) которой находится в прочном зацеплении с пассивным привязным устройством 310 оттяжного троса, а второй конец (510) с возможностью скольжения зацеплен с подъемным тросом 100. Это удерживает нижнюю часть узла 200-1 в непосредственной близости от троса 100, предотвращая отталкивание цепочки 400 узлов от троса 100 отбрасываемой винтом струей или другими гидродинамическими силами, которые могут иметь место, когда сборка находится в воде и судно находится в движении. Привязь 500 проиллюстрирована как жесткий элемент, но может представлять собой гибкий трос, канат или соединитель с соответствующим соединительным концевым устройством, как известно в данной области техники.
Как показано на Фиг. 9, аналогичным образом, показанный первый (самый передний при спуске) узел 200-6 цепочки 400 узлов удерживается привязью 600, первый конец которой представляет собой, или содержит, активное привязное устройство 610, находящееся в высвобождаемом прочном взаимодействии с пассивным привязным устройством 220, прикрепленным к узлу 200-6, а второй конец (620) с возможностью скольжения находится в зацеплении с тросом 100, аналогично привязи 500, как описано выше.
Фиг. 10 иллюстрирует цепочку 400 узлов, полностью прикрепленную к подъемному тросу 100 в области 700 привязки узлов посредством оттяжного троса 300, привязи 500 и привязи 600, и готовую к опусканию в толщу воды. Подъемное устройство 20 вытравливает подъемный трос 100, тогда как конвейеры, расположенные ниже цепочки 400 узлов, приводятся в движение в сторону кормы, что приводит к перемещению цепочки 400 узлов к корме, а затем через скат 40, как показано на Фиг. 11. После опускания за борт и освобождения от ската 40, цепочка 400 узлов самостоятельно ориентируется в приблизительно вертикальной ориентации, как показано на Фиг. 12a. Как показано на Фиг. 12b, несколько цепочек 400 узлов могут быть последовательно соединены так, чтобы перемещаться в толще воды за один спуск. Груз 110 создает натяжение в подъемном тросе 100 между грузом 110 и неподвижной пассивной точкой 320 привязки (Фиг. 7) троса 100. Увеличение массы груза 100 увеличивает натяжение в этой секции подъемного троса 100, в результате чего он действует как жесткий трубчатый элемент. Поскольку цепочка 400 узлов закреплена сверху и снизу в непосредственной близости к этой части подъемного троса с помощью привязей 500 и 600, может обеспечиваться возможность опускания всей сборки через толщу воды с относительно высокими скоростями, которые в противном случае могли бы привести к серьезным или неконтролируемым перемещениям в цепочке 400 узлов.
Фиг. 13 показывает ROV 800, имеющий два роботизированных манипулятора 810 и 820 и отсек для хранения узла (платформу или лоток) 900.
Как показано на Фиг. 14, когда надводное судно (и, следовательно, задняя цепочка узлов) находится в процессе перемещения, цепочку(и) 400 узлов быстро опускают через толщу воды, как обеспечивается настоящим изобретением, чтобы свести к минимуму время прохождения на рабочую глубину вблизи ROV. После достижения глубины вертикальное опускание цепочки узлов прекращают, и цепочка(и) узлов может быть дополнительно стабилизирована с помощью механизма компенсации вертикальной качки (не показан), выполненного как часть подъемного устройства 20, изменяющего траекторию перемещения подъемного троса 100 на борт надводного судна, или других средств. ROV 800 управляют так, чтобы приблизиться к подвешенной цепочке 400 узлов сзади (т.е. в направлении перемещения) и привести в действие манипулятор 820 для освобождения привязи 600, воздействуя на точки 612 высвобождения (по аналогии с 212 на Фиг. 5a) активного привязного устройства привязи 600, вследствие чего происходит освобождение его из пассивного привязного устройства 220 в узле 200-6 (см. также Фиг. 9), снимая тем самым ограничение на нижнюю часть цепочки 400 узлов.
Как показано на Фиг. 15, после освобождения привязь 600 падает с узла, к которому она была прикреплена, обеспечивая возможность свободного перемещения цепочки 400 узлов от подъемного троса 100, у которого она удерживалась с помощью привязи 600.
Как видно из Фиг. 16, для захвата и подъема узла 200-6 (концевого (переднего развернутого) узла цепочки 400 узлов) на конвейер 920 платформы ROV 800 использует свой роботизированный манипулятор 820. Конвейер 920 приводят в действие путем втягивания цепочки 400 узлов на грузовую платформу 900 хранения узла. ROV 800 управляют так, чтобы оно медленно перемещалось вверх и вперед, по мере того как вся цепочка узлов втягивается на грузовую платформу 900, как показано на Фиг. 17-18.
На Фиг. 19 (А, В) ROV 800 снова использует свой роботизированный манипулятор 820, чтобы освободить активное привязное устройство 210 узла 200-1 посредством приводного рычага 212, освобождая всю цепочку 400 узлов от оттяжного троса 300, ранее выполняющего подъем от подъемного троса 100 к цепочке 400 узлов. Цепочку 400 узлов надежно размещают на борту ROV 800 на грузовой платформе 900 для хранения узла, при этом ROV может свободно вернуться к своей работе по установке узла.
Еще одна цель состоит в том, чтобы освободить отдельные узлы 200-1 - 200-6, которые составляют цепочку 400 узлов, друг от друга на грузовой платформе, так чтобы они могли быть установлены по одному на дне океана с использованием роботизированного манипулятора 810 ROV 800. Фиг. 20 иллюстрирует один из многих способов для достижения этой цели, как должно быть понятно специалистам в данной области техники. Высвобождающее устройство (например, подпружиненный захват) 920 прикреплен выше цепочки 400 узлов на грузовой платформе 900. Высвобождающее устройство прикреплено таким образом, чтобы отклоняться раскачиванием в сторону от пути в одном направлении, когда узлы загружаются, но когда узлы продвинулись для установки, высвобождающее устройство 920 прочно закрепляется в положении и приводит в действие активное привязное устройство 210 путем захвата рычага 212 (см. Фиг. 5a) на узле 200-2, высвобождая, тем самым, узел 200-1 для установки с помощью роботизированного манипулятора 810 ROV (не показан). Это завершает процесс установки.
Извлечение узла начинают с того, что ROV 800 извлекает первый узел 200-6 со дна океана с помощью своего манипулятора 810 и помещает его на конвейер 920 на грузовой платформе 900 для хранения узла, следуя путем, аналогичным тому, что указан как Р1-Р3 на Фиг. 21. Затем для окончательного исправления ориентации, отмеченной как Р4, используют роботизированный манипулятор 810, так что активные и пассивные привязные устройства 210 и 220 совмещают с центральной линией конвейеров 920 платформы.
Фиг. 22 (A-F) иллюстрируют процесс повторного создания цепочки 400 узлов. На Фиг. 22а конвейеры 920 платформы перемещают в сторону кормы, как показано перемещением отдельного узла 200-6 по направлению к внутренней части платформы 900 для хранения узла. На Фиг. 22B роботизированный манипулятор 810 размещает второй узел 200-5 в передней части платформы 900, ориентирует его, как описано выше, и удерживает его на месте. На Фиг. 22C, пока роботизированный манипулятор 810 все еще прочно удерживает узел 200-5, конвейеры платформы перемещают вперед для зацепления активного привязного устройства 210 узла 200-6 с пассивным привязным устройством 220 узла 200-5. Этот процесс повторяют на Фиг. 22 (D-F) и продолжают до тех пор, пока цепочка 400 узлов не будет содержать необходимое количество узлов.
Как показано на Фиг. 23, ROV 800 управляют, чтобы оно свободно переместилось обратно в положение в непосредственной близости от свободного оттяжного троса 300 на подъемном тросе 100, и используют его роботизированный манипулятор 820, чтобы захватить пассивное привязное устройство 310 оттяжного троса 300 и ввести его в зацепление с активным привязным устройством 210 узла 200-1 цепочки 400 узлов. Высвобождающее устройство 920, показанное на предыдущем Фиг. 20, извлекают или удаляют, чтобы предотвратить освобождение узлов друг от друга, как они находились в процессе установки.
Как показано на Фиг. 24, ROV 800 во время перемещения вниз и в сторону от подъемного троса 100 продвигает конвейеры 920 платформы внутрь платформы 900 для хранения узла, в результате чего вес цепочки 400 узлов поддерживается оттяжным тросом 300.
На Фиг. 25 ROV 800 перемещают свободно от цепочки 400 узлов так, что цепочка 400 узлов может быть извлечена на поверхность и ROV 800 может вернуться для извлечения дополнительных узлов.
Как показано на Фиг. 26, узлы цепочки 400 узлов могут быть прикреплены друг к другу с помощью большого количества средств. Как показано в этом описании, узлы были соединены на верхнем периметрическом краю узла, выше плоскости, проходящей через центр тяжести узла. Это приводит к тому, что цепочка 400 узлов подвешена в толще воды с естественным вогнутым профилем, проходящим через центральные точки крышек узлов. Этот естественный изгиб обеспечивает то, что, когда узлы принесены обратно на борт судна с помощью ската 40, и судно находится в процессе перемещения, как указано, узлы будут всегда возвращаться на борт верхней частью вверх. Когда они попадают на конвейеры 30а и 30b в области 700 привязки узлов, цепочка 400 узлов может быть разобрана и отдельные узлы отправлены в хранилище, где данные с них могут быть загружены, а аккумуляторные батареи узлов перезаряжены.
Несмотря на то что в настоящем описании было описано и проиллюстрировано несколько вариантов выполнения изобретения, специалистам в данной области техники легко представить себе большое количество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или нескольких преимуществ, описанных в настоящем документе, причем каждая из таких вариаций и/или модификаций считается находящейся в рамках вариантов выполнения изобретения, описанных в настоящем документе. В целом, специалисты легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, предназначены быть иллюстративными, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используются идеи изобретения. Специалистам в данной области техники будут понятны, или они будут способны установить с использованием не более чем рутинных экспериментов, многие эквиваленты конкретных вариантов выполнения изобретения, описанных в настоящем документе. Поэтому, следует понимать, что вышеприведенные варианты выполнения представлены исключительно посредством примера, и что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, варианты выполнения изобретения могут быть выполнены иначе, чем конкретно описано и заявлено. Предлагаемые в изобретении варианты выполнения настоящего изобретения направлены на раскрытие каждого отдельного признака, системы, изделия, материала, комплекта и/или способа, описанных в настоящем документе. Кроме того, любая комбинация из двух или большего количества таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включаются в изобретательский объем настоящего изобретения.
Все определения, как определены и используются в настоящем документе, следует понимать как преимущественные перед словарными определениями, определениями в документах, приведенных в качестве ссылки, и/или обычными значениями указанных терминов.
Все значения единственного числа, как они использованы в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, если явно не указано обратное, следует понимать в значении «по меньшей мере один».
Выражение «и/или», используемое в описании и в формуле изобретения, следует понимать в значении «любой из двух или оба» элементов, соединенных такой конструкцией, то есть элементов, которые конъюнктивно присутствуют в некоторых случаях и дизъюнктивно присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных в «и/или», следует толковать таким же образом, то есть «один или несколько» элементов, соединенных таким образом. Другие элементы могут необязательно присутствовать, кроме элементов, специально определенных конструкцией «и/или», связанных или не связанных с этими специально определенными элементами. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера, ссылка на «A и/или B», когда используется в сочетании с открытым языком, таким как «содержащий», может относиться, в одном варианте выполнения, только к A (возможно включая другие элементы, кроме B); в другом варианте выполнения - только к B (возможно включая другие элементы, кроме A); в еще одном варианте выполнения - к обоим A и B (возможно включая другие элементы); и т.д.
Используемый в писании и в формуле изобретения союз «или» следует понимать как имеющий тот же смысл, как и конструкция «и/или», как определено выше. Например, при разделении элементов в списке, «или» или «и/или» следует интерпретировать как имеющие включительный смысл, то есть включая по меньшей мере один, но также и включая более чем один, из числа или списка элементов, и, необязательно, дополнительные неуказанные элементы. Только термины, четко указывающие на обратное, такие как «только один из» или «точно один из» или, при использовании в формуле изобретения, «состоящий из», будут относиться к включению строго одного элемента из ряда или списка элементов. В целом, термин «или», как используется в настоящем документе, следует интерпретировать только как указывающий на исключающие альтернативы (т.е. «один или другой, но не оба»), когда до него следует термины, обозначающие исключительность, такие как «любой», «один из», «только один из» или «ровно один из». При использовании в формуле изобретения выражение «состоящий по существу из» должно иметь свой обычный смысл, что используется в области патентного права.
Используемое в описании и в формуле изобретения выражение «по меньшей мере один», со ссылкой на список из одного или нескольких элементов, следует понимать как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из одного или нескольких элементов в списке элементов, но не обязательно включающий по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно указанного в списке элементов, и не исключая какие-либо комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что элементы могут быть необязательно присутствовать, кроме элементов, специально определенных в списке элементов, к которому относится фраза «по меньшей мере один», независимо от того, связаны или не связаны с этими определенными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, «по меньшей мере один из A и B» (или, что эквивалентно, «по меньшей мере один из A или B» или, что то же самое, «по меньшей мере один из A и/или B») может относиться, в одном варианте выполнения, к по меньшей мере одному, необязательно включающим более чем один A, когда B не присутствует (и, возможно, включая элементы, отличающиеся от B); в другом варианте выполнения, к по меньшей мере одному, необязательно включающим более одного B, когда A не присутствует (и, возможно, включая элементы, отличающиеся от A); в еще одном варианте выполнения, к по меньшей мере одному, необязательно включающим больше одного A, и к по меньшей мере одному, необязательно включающим более одного B (и, возможно, включая другие элементы); и т.д.
Термин «приблизительно», используемый в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения, для целей настоящего описания означает число указанного количества плюс/минус дробное число этого количества или разумный допуск, что для специалиста в данной области техники будет понятно, как типичное и разумное для этого конкретного количества или измерения. Аналогично, термин «по существу» означает как можно ближе или сходно с указанным термином, модифицированным так, как понятно специалистам в данной области техники как типичные и разумные, в отличие от преднамеренно отличающихся от разработки и реализации.
Следует также понимать, что, если явно не указано обратное, в любых способах, заявленных в настоящем документе, которые включают более чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничено порядком, в котором этапы или действия способа перечислены.
В формуле изобретения, а также в приведенном выше описании все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий», «несущий», «имеющий», «заключающий», «вмещающий», «включающий в себя», «состоящий из» и т.п., следует понимать как открытые, т.е., означающие включающий, но не ограниченный этим. Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно, как изложено в разделе 2111,03 Руководства по Методике Патентной Экспертизы Патентного Ведомства Соединенных Штатов Америки.