ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА, СОДЕРЖАЩАЯ ТУРЕЛЬ, СНАБЖЕННУЮ ДВУМЯ БУЯМИ, К КОТОРЫМ ПРИКРЕПЛЕНЫ ЯКОРНЫЕ ЛИНИИ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ СВЯЗИ С МОРСКИМ ДНОМ
FLOATING PLATFORM COMPRISES TURNTABLE WITH TWO BUOYS WHERETO SECURED ARE ANCHOR CABLES AND PIPELINES COMMUNICATED WITH SEA BOTTOM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к плавучей платформе, заякоренной на отсоединяемой турели.
В частности, технической областью изобретения является область подводной добычи нефти в зоне с экстремальными морскими и метеорологическими условиями, в частности, в арктической и антарктической зонах с использованием плавучих платформ.
Уровень техники
В общем случае плавучая платформа для добычи нефти содержит якорные средства для сохранения положения несмотря на течения, ветры и волнение. Обычно она содержит также средства бурения, хранения и обработки нефти, а также средства для выгрузки в нефтяные перевозочные средства, которые прибывают регулярно для выгрузки в них продукции. Обычным названием для таких плавучих платформ или судов являются английские термины «Плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки» ("Floating Production Storage Offloading") или «Плавучее средство для бурения и добычи» ("Floating Drilling & Production Unit") с аббревиатурой "FPSO" или "FDPU". В дальнейшем описании в целях упрощения будет использоваться термин «плавучая платформа», когда она используется также для выполнения операций бурения скважин, которые находятся под толщей воды с отклонением от положения под плавучей платформой.
Когда морские и метеорологические условия, то есть волнение, ветер и течение, становятся сложными, если не экстремальными в случае штормов, предпочтительна установка плавучей платформы на якоря с помощью турельной якорной системы, которая обычно расположена известным образом в передней трети судна на его оси. При этом судно может свободно поворачиваться вокруг турели под действием ветра, течения и волнения. Поскольку ветер, течение и волнение оказывают определенное воздействие на корпус и надстройку, плавучая платформа в результате наличия степени свободы вращения вокруг вертикальной оси ZZ занимает естественное положение наименьшего сопротивления. Трубопроводы, которые обеспечивают связь с устьями скважин, обычно присоединены к нижней стороне турели и связаны с плавучей платформой с помощью вертлюга (вращающегося соединения с уплотнением), расположенного на оси указанной турели. Когда метеорологические условия становятся экстремальными, как это случается в Северном море, в Мексиканском заливе или в арктической или антарктической зоне, плавучую платформу обычно отсоединяют, чтобы увести в укрытие и подождать приемлемых эксплуатационных условий.
Настоящее изобретение относится, в частности, к плавучей платформе для подводной добычи нефти в арктической или антарктической зоне, оснащенной под своим корпусом отсоединяемой турелью, от которой отходят якорные линии для закрепления на дне моря и соединительные трубопроводы связи с морским дном. Этот корпус содержит в своем продольном направлении по существу прямые и вертикальные борта, а также известным образом носовую часть (переднюю часть судна) и предпочтительно кормовую часть (заднюю часть судна), которые наклонены к горизонтали и предпочтительно выполнены профильными для образования форштевня с усиленным заострением, способным разламывать плавучий лед действием простого изгиба, когда лед напирает и попадает под заострение.
Предпочтительно плавучие платформы имеют корпуса с продольными по существу вертикальными бортами для придания им оптимальной вместимости для хранения нефти, а также для лучшего хода в неспокойном море. Однако корпус с вертикальными бортами особенно невыгоден в аспекте встречи с плавучим льдом. Соответственно, в патентных документах US 4102288 и US 4571125 предложены плавучие платформы, имеющие, кроме прочих средств, вогнутые или наклонные борта для того, чтобы способствовать разрушению льда подобно известному профилю носовой части судна с наклонным к горизонтали форштевнем.
Плавучая платформа для добычи нефти, оснащенная отсоединяемой якорной системой для якорных линий, заякоренных на дне моря, и соединительных трубопроводов связи с морским дном, известным образом содержит:
- причальный буй для этих якорных линий и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, причем предпочтительно причальный буй является кольцевым буем, при этом
- данный причальный буй прикреплен под корпусом плавучей платформы к вращающемуся устройству, имеющему форму башни и называемому «турелью», причем турель прикреплена к корпусу внутри полости, проходящей через корпус по всей его высоте, и установлена с возможностью вращения относительно корпуса с помощью, по меньшей мере, одной опоры качения или скольжения, предпочтительно опоры качения, так что плавучая платформа может вращаться вокруг по существу вертикальной оси ZZ' турели и полости, не вызывая вращения причального буя относительно этой вертикальной оси ZZ', и
- соединительные трубопроводы связи с морским дном поднимаются внутри полости до соединительного устройства для множества этих трубопроводов, причем это соединительное устройство соединено с плавучей платформой на уровне ее палубы и установлено с возможностью вращения, чтобы допускать вращение плавучей платформы относительно соединительного устройства, называемого поворотным соединительным устройством.
В описанном решении уровня техники опора качения расположена либо на уровне палубы плавучей платформы, либо в нижней части под водой, то есть опора погружена, или же может использоваться комбинация двух указанных конфигураций.
Конструктивные решения, в которых опора качения расположена только на уровне палубы, пригодны только для плавучих платформ относительно небольшой высоты, а именно меньше 15 м. При большей высоте, для плавучих платформ высотой от 20 до 25 м, горизонтальная сила, действующая на турель в результате вращения плавучей платформы, вызывает изгиб конструкции турели по длине, что вызывает механическое напряжение верхней опоры качения и делает ее механически ненадежной в работе. С другой стороны, когда опора качения погружена в воду в нижней части турели, это погружение негативно влияет на надежность работы и долговечность этой опоры качения и, прежде всего, создает трудности для операций технического обслуживания. В этом случае проведение операций на месте требует использования водолазов и значительных технических средств, при этом обычно эти операции проводятся в защищенной зоне, такой как фьорд, или предпочтительно в сухом доке после отсоединения плавучей платформы. Таким образом, когда плавучая платформа предназначена для того, чтобы оставаться на месте в течение нескольких десятилетий без планового отсоединения для технического обслуживания в сухом доке или в защищенном месте, этот тип турели непригоден.
Плавучие платформы описанного типа известны из патентных документов GB 2291389 и ЕР 2590072.
В патентном документе WO 94/15828 описана система быстрого присоединения и отсоединения причального буя, в которой причальный буй содержит верхнюю часть, соединенную с днищем плавучей платформы, в частности, на уровне кольцевой причальной полости на нижнем конце полости, которая проходит через корпус плавучей платформы по всей его высоте и внутри которой поднимаются соединительные трубопроводы связи с морским дном. Причальный буй содержит также нижнюю часть, к которой присоединены верхние концы соединительных трубопроводов связи с морским дном, проходящих до морского дна. Эта нижняя часть причального буя выполнена вращающейся с помощью полностью погруженной в воду опоры качения, которая допускает вращение нижней части причального буя относительно его верхней части, соединенной с корпусом.
Система этого типа с полностью погруженной вращающейся частью и полностью погруженными опорами качения неприменима для присоединения большого числа соединительных трубопроводов связи с морским дном. Для этого желательно предложить систему, в которой, по меньшей мере, часть опор качения расположена в зоне вне воды, чтобы обеспечить более легкое техническое обслуживание, и использовать опоры в менее суровых условиях функционирования.
В патентном документе WO 94/15828 на днище корпуса предусмотрены внутренние емкости большой площади в горизонтальном сечении, в которых устанавливают атмосферное давление или предпочтительно разрежение. Эти внутренние емкости образуют большую площадь контакта в горизонтальном сечении с верхней частью причального буя, который предназначен для крепления к ним. Для этого между причальным буем и емкостью под атмосферным давлением создают промежуточную кольцевую зону, ограниченную двумя концентричными кольцевыми уплотнениями круглого сечения. Эту кольцевую зону небольшого объема соединяют с камерой под атмосферным давлением на днище судна для создания положительной плавучести системы, состоящей из прижатого к этой поверхности контакта причального буя, якорных линий и соединительных трубопроводов связи с морским дном.
В определенных условиях может быть желательно отсоединять только соединительные трубопроводы связи с морским дном, оставляя плавучую платформу заякоренной на дне якорными линиями, которые прикреплены к причальному бую.
Такие обстоятельства возникают, в частности, когда желательно без необходимости снятия якорных линий временно укрыть соединительные трубопроводы связи с морским дном, менее прочные чем якорные линии, а именно тогда, когда соединительные трубопроводы связи с морским дном содержат гибкие трубопроводы, обеспечивающие связь между причальным буем и подводным поплавком.
В таких причальных системах, как система по патентному документу GB 2321631 с единственным укрепленным на турели кольцевым причальным буем, на котором укреплены как якорные линии, так и соединительные трубопроводы связи, невозможно отсоединить эти соединительные трубопроводы связи с морским дном без того, чтобы предварительно отсоединить и опустить причальный буй, на котором они укреплены, во время волнения на поверхности и под поверхностью. Приходится в первую очередь отсоединять причальный буй для его опускания на достаточную глубину, где море более спокойно и где нет риска повреждения соединительных трубопроводов связи с морским дном во время их отсоединения от буя. В противном случае есть риск повреждения соединителей верхних концов соединительных трубопроводов связи с морским дном, связанных с буем. Однако отсоединение буя влечет за собой хотя бы и мгновенное лишение плавучей платформы системы якорных связей, что не всегда желательно.
В патентном документе ЕР 0831023 описан причальный буй, образованный двумя независимыми частями. Они представляют собой первый кольцевой буй, на котором укреплены только якорные линии плавучей платформы, и второй буй, коаксиальный первому бую и разъемно соединенный с ним в центральном проеме первого буя, причем соединительные трубопроводы связи с морским дном прикреплены только к этому второму бую. При этом в описанном в патентном документе ЕР 0831023 примере осуществления два буя полностью помещены в полости корпуса плавучей платформы. Они соединены, а следовательно, могут быть отсоединены только с помощью сложных механических запорных средств, что весьма затруднительно, когда усилия становятся значительными, а они могут достигать и превышать 5-6 тысяч тонн.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание причального устройства, которое разъемно соединено с плавучей платформой и содержит, по меньшей мере, один причальный буй, причем на причальном устройстве укреплены якорные линии и соединительные трубопроводы связи с морским дном, при этом причальное устройство взаимодействует с турелью, а конструкция и функционирование причального устройства таковы, что оно допускает независимое отсоединение соединительных трубопроводов связи с морским дном без риска их повреждения, в то же время удерживая плавучую платформу заякоренной якорными линиями.
Другой задачей изобретения является создание системы для присоединения и отсоединения причального устройства, которая приводится в действие быстрее и основана на принципе создания положительной плавучести между причальным буем и прикрепленными к нему якорными линиями или соединительными трубопроводами связи с морским дном, при этом система присоединения/отсоединения буя, кроме того, должна быть адаптирована к примеру осуществления, в котором это причальное устройство укреплено под вращающейся турелью внутри полости, предпочтительно проходящей по всей высоте корпуса судна, причем причальное устройство выполнено с возможностью вращения относительно корпуса с помощью, по меньшей мере, одной опоры качения, которая предпочтительно при работе не подвержена погружению в воду.
Для этого в соответствии с изобретением предлагается плавучая платформа для добычи нефти, содержащая:
- причальное устройство для якорных линий крепления на морском дне и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, проходящих от причального устройства, на котором они укреплены, до морского дна, причем причальное устройство содержит, по меньшей мере, один кольцевой причальный буй, разъемно присоединенный к турели, и
- турель, содержащую, по меньшей мере, герметичную трубчатую конструкцию, предпочтительно круглого сечения относительно вертикальной оси ZZ', содержащую донную стенку, герметично соединенную с нижним концом боковой трубчатой стенки герметичной трубчатой конструкции, при этом турель проходит внутри полости, пересекающей корпус плавучей платформы предпочтительно по всей его высоте, при этом турель установлена с возможностью вращения относительно корпуса посредством, по меньшей мере, одной опоры качения или скольжения, предпочтительно опоры качения, предпочтительно расположенной над ватерлинией и/или вне воды таким образом, что допускает вращение плавучей платформы вокруг по существу вертикальной оси ZZ' турели и полости без вращения причального устройства относительно этой вертикальной оси ZZ', и
- вторые соединительные трубопроводы, проходящие между верхними концами первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, с которыми они соединены, и палубой плавучей платформы, при этом вторые соединительные трубопроводы проходят герметичным образом через донную стенку турели и поднимаются внутри полости до соединительного устройства для множества вторых трубопроводов, при этом соединительное устройство соединено с плавучей платформой на уровне палубы плавучей платформы и выполнено по типу поворотного соединительного устройства с возможностью вращения таким образом, что допускает вращение плавучей платформы без вращения соединительного устройства, при этом вторые соединительные трубопроводы на нижней стороне донной стенки турели соединены с верхними концами первых соединительных трубопроводов связи с морским дном посредством соединителей, соединенных с клапанами, отличающаяся тем, что
- причальное устройство содержит два буя, расположенных коаксиально друг другу по оси ZZ' донной стенки турели, причем первый буй является кольцевым буем, на котором укреплены якорные линии, при этом первый кольцевой буй содержит центральный проем, вмещающий в себя второй причальный буй, на котором укреплены первые соединительные трубопроводы связи с морским дном, при этом второй причальный буй содержит верхнюю трубчатую стенку, внутри которой расположены клапаны и соединители на верхних концах первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, и
- плавучая платформа содержит систему присоединения/отсоединения первого и/или второго причальных буев относительно донной стенки турели, допускающую присоединение/отсоединение первого и второго причальных буев независимо друг от друга и содержащую:
- два кольцевых уплотнения на верхней поверхности первого кольцевого буя, причем кольцевые уплотнения расположены коаксиально по оси ZZ' центрального проема первого буя и ограничивают первую герметичную камеру или кольцевую промежуточную камеру между донной стенкой турели и верхней поверхностью первого буя, когда эта верхняя поверхность первого буя прижата к донной стенке турели, при этом верхняя трубчатая стенка второго буя вместе с донной стенкой турели ограничивает вторую герметичную камеру, называемую клапанной камерой, когда кольцевое уплотнение на верхней кромке верхней трубчатой стенки второго буя прижато к донной стенке турели с ее нижней стороны, и
- множество связей, таких как подъемные тросы, укрепленных на каждом причальном буе, предпочтительно на верхней кромке верхней трубчатой стенки второго причального буя, причем эти связи предпочтительно проходят внутри турели через донную стенку турели герметичным образом, и
- по меньшей мере, две трубы отвода воздуха, проходящие вертикально внутри турели от уровня над ватерлинией до донной стенки турели, через которую они проходят герметичным образом до каждой из, соответственно, первой и второй камер, и
i
i
i
0
2i
- насосные средства для откачивания воды из каждой из, соответственно, первой и второй камер, когда первый и, соответственно, второй буй прижаты к донной стенке турели, при этом собственный вес первого причального буя и якорных линий и, соответственно, собственный вес второго причального буя и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном составляет величину меньше веса объема воды, соответствующего объему V, такому как V=S×(H-H), где
0
- Н - высота воды на уровне ватерлинии,
2i
- H - высота части донной стенки турели, ограничивающей первую камеру или, соответственно, вторую камеру, и
i
- S - площадь поперечного сечения первой камеры или, соответственно, второй камеры,
- i=а для первого буя и первой камеры и i=b для второго буя и второй камеры.
i
i
Вес объема V воды соответствует выталкивающей силе, действующей на площадь S горизонтального поперечного сечения первой или второй камеры.
Таким образом, ни одна часть турели и/или причального устройства не соединена неразъемным образом с корпусом.
Причальное устройство по изобретению позволяет отсоединять и опускать на определенную глубину погружения под плавучую платформу только второй буй для того, чтобы укрыть первые соединительные трубопроводы связи с морским дном от волнения на поверхности и под поверхностью, одновременно удерживая присоединенным первый буй, на котором укреплены якорные линии, то есть без снятия плавучей платформы с якорей.
Кроме того, понятно, что в экстремальных условиях более безопасно заранее отсоединить и опустить на определенную глубину второй буй, несущий только первые соединительные трубопроводы связи с морским дном без отсоединения первого буя с укрепленными на нем якорными линиями, которые обеспечивают большее натяжение для первого буя, на котором они укреплены.
Кроме того, система присоединения/отсоединения особенно легка в использовании на основе следующего принципа.
1i
2i
1i
1i
i
0
1i
Когда верхнюю поверхность первого буя или верхнюю кромку верхней трубчатой стенки второго буя прижимают в контакт с нижней стороной донной стенки турели, причем эта первая или, соответственно, вторая камера заполнена водой, обеспечивают соединение буя с донной стенкой турели, создавая положительную плавучесть системы первого буя с якорными линиями или, соответственно, системы второго буя с первыми соединительными трубопроводами связи с морским дном. Для этого выкачивают воду из первой или, соответственно, второй камеры до тех пор, пока уровень воды в направляющих трубах не окажется между H и H, причем высота H соответствует высоте, на которой вес объема воды, равного V=S×(H-H), равен собственному весу первого буя и якорных линий или, соответственно, второго буя и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, при этом i=а для первого буя и первой камеры и i=b для второго буя и второй камеры.
1i.
1i=
i
0
1i
Для отсоединения буя от турели заполняют водой первую или вторую камеру, при этом труба или трубы направления и отвода воздуха поддерживают в первой или, соответственно, во второй камере по существу атмосферное давление во время заполнения до тех пор, пока уровень воды в этих направляющих трубах на станет несколько выше уровня HКогда собственный вес имеющей плавучесть системы, образованной буем и первыми соединительными трубопроводами связи с морским дном или буем и якорными линиями, превышает величину веса объема воды, равного VS×(H-H), буй начинает естественным образом освобождаться от турели и начинает опускаться. Практически после отделения от дна турели буй подвергается воздействию гидростатического давления, которое соответствует уровню морской глубины, так что он быстро опускается под действием значительной силы, соответствующей его собственному весу, то есть силы от 500 до 1500 тонн. Таким образом, буй освобождает плавучую платформу от ее якорного крепления на турели почти мгновенным образом.
Предпочтительно плавучая платформа содержит множество подъемных тросов, которые проходят от лебедок, предпочтительно расположенных на уровне палубы плавучей платформы или на вершине турели над ватерлинией, причем при необходимости эти подъемные тросы проходят внутри множества труб для направления и отвода воздуха, вертикально проходящих внутри турели от уровня над ватерлинией до донной стенки турели, через которую они проходят герметичным образом.
Далее, предпочтительно, по меньшей мере, для первого или второго буя, предпочтительно для каждого из них, система присоединения/отсоединения содержит, по меньшей мере, три троса и, по меньшей мере, три направляющие трубы, предпочтительно расположенные симметрично относительно центра круглой донной стенки турели и предпочтительно проходящие вдоль и вблизи наружной поверхности трубчатой конструкции турели для первого буя и, соответственно, вблизи внутренней поверхности трубчатой конструкции турели для второго буя, причем нижние концы тросов прикреплены на уровне верхней поверхности первого буя или, соответственно, на уровне верхней кромки верхней трубчатой стенки второго буя.
Такое расположение во время этапов обратного присоединения обеспечивает возможность управляемого и устойчивого процесса приближения буя к нижней стороне донной поверхности турели за счет синхронизированной работы лебедок наматывания подъемных тросов.
3
3
В частности, диаметр направляющих труб и глубина погружения донной стенки турели, на которую опираются направляющие трубы, где i=а или b, таковы, что внутренний объем направляющих труб составляет меньше 15 м, предпочтительно меньше 5 м, для высоты турели, погруженной внутри полости, по меньшей мере, на 20 м, в частности, более предпочтительно от 20 до 50 м.
Далее, в частности, верхняя трубчатая стенка второго буя содержит на своем нижнем конце донную стенку, с которой она соединена герметичным образом с образованием донной стенки клапанной камеры, поддерживающей клапаны и/или части автоматических соединителей, при этом второй буй содержит в своей нижней части коробку, образующую поплавок на нижней стороне донной стенки клапанной камеры.
Очевидно, что верхняя трубчатая стенка второго буя имеет необходимую и достаточную высоту для установки этих клапанов и автоматических соединителей связи первых и вторых трубопроводов.
Далее, в частности, плавучая платформа содержит, по меньшей мере, один насос, предпочтительно расположенный в нижней части внутри образующей турель герметичной трубчатой конструкции, причем насос соединен с всасывающим трубопроводом, проходящим герметичным образом через донную стенку турели, при этом всасывающий трубопровод доходит до места вблизи стенки каждой из первой и второй камер, когда первый или, соответственно, второй буй находится в положении прижима к донной стенке турели, при этом насос соединен с нагнетательным трубопроводом для каждой из первой и второй камер, а каждый нагнетательный трубопровод выходит внутрь полости, предпочтительно проходя через боковую трубчатую стенку образующей турель герметичной трубчатой конструкции, предпочтительно в нижней части турели.
Оптимальным образом донная стенка турели содержит:
- центральную часть, предпочтительно круглую, герметично соединенную с боковой трубчатой стенкой турели внутри нее и над нижним концом этой боковой трубчатой стенки, и
- периферийную часть, окружающую центральную часть, предпочтительно кольцевую периферийную часть, соединенную герметичным образом с нижним концом боковой трубчатой стенки или с наружной стороной этой боковой трубчатой стенки турели со смещением по высоте вниз относительно центральной части таким образом, что нижние концы вторых соединительных трубопроводов, которые предпочтительно содержат части соединителей на нижней стороне центральной части донной стенки, расположены выше нижнего конца боковой трубчатой стенки герметичной трубчатой конструкции турели.
Этот пример осуществления имеет особые преимущества в том отношении, что устраняется риск повреждения нижних концов вторых соединительных трубопроводов, а именно частей автоматических соединителей, первым буем при его отсоединении, учитывая значительные реактивные усилия, которые воздействуют на первый буй, когда плавучая платформа подвергается серьезным горизонтальным перемещениям под действием волнения, ветра, течения или дрейфующего плавучего льда. Таким образом, первый буй отсоединяют только после отсоединения и сброса второго буя из центрального проема первого буя.
При таком решении нижние концы вторых трубопроводов, а именно части соединителей на нижних концах вторых трубопроводов, находятся в укрытии и защищены нижней частью боковой трубчатой стенки, расположенной под центральной частью донной стенки турели.
Это смещение между центральной и периферийной частями донной стенки образует полость, ограниченную нижним концом внутренней поверхности боковой трубчатой стенки турели и нижней стороной центральной части донной стенки.
Эта полость образует центрирующий направляющий элемент таким образом, что она может вмещать и фиксировать второй причальный буй в положении, когда он прижат к нижней стороне донной стенки, и допускать соединение первых и вторых трубопроводов с помощью соединителей.
Понятно, что эти так называемые центрирующие средства позволяют облегчить центрирование верхней трубчатой стенки причального буя относительно турели при движении приближения к нижней стороне дна турели. При необходимости они также облегчают соединение охватываемых и охватывающих частей автоматических соединителей на верхних концах соединительных трубопроводов связи с морским дном, которые выступают над дном второй камеры, и нижних концов вторых соединительных трубопроводов.
В предпочтительном варианте осуществления плавучая платформа, кроме того, содержит разъемные механические предохранительные средства для запирания или удержания каждого из первого и второго причальных буев прижатым к нижней стороне донной стенки турели.
Более конкретно, каждый из первого и второго причальных буев содержит предохранительные упоры или фиксаторы, ограничивающие сплющивание кольцевого уплотнения и обеспечивающие передачу вертикальной нагрузки между первым или вторым буем и турелью, когда первый или второй буй прижат к донной стенке турели, при этом кольцевые уплотнения круглого сечения сжаты между нижней стороной донной стенки турели и первым или вторым причальным буем, при этом предохранительный упор выполнен с возможностью взаимодействия с шарнирным подвижным запором безопасности, укрепленным на нижней стороне донной стенки турели таким образом, что первый или второй причальный буй удерживается соединенным с турелью, когда запор безопасности задвинут под предохранительный упор.
Таким образом, в случае нежелательного затопления первой или второй камеры морской водой в случае утечек полная потеря плавучести причальным буем будет компенсироваться этими предохранительными запорными средствами, что устраняет риск несвоевременного и губительного отсоединения причального буя.
Предпочтительно верхняя трубчатая стенка второго буя и/или боковая трубчатая стенка герметичной трубчатой конструкции турели содержит (содержат) клапан заполнения, соединенный с каналами заполнения, устанавливающими сообщение между морской водой и внутренней полостью клапанной камеры, при этом трубчатая стенка клапанной камеры предпочтительно содержит герметичный люк большого размера, выполненный с возможностью по существу мгновенного заполнения клапанной камеры морской водой при открытии люка.
В частности, донная стенка турели содержит люк для обслуживания клапанной камеры.
Возможность опорожнения клапанной камеры позволяет персоналу входить в сухую камеру для технического обслуживания и при необходимости для выполнения операций с клапанами и автоматическими соединителями, обеспечивающими соединение между первыми и вторыми трубопроводами.
Изобретением предусмотрено также создание способа эксплуатации плавучей платформы по изобретению, в котором выполняют присоединение первого или второго буя к нижней стороне донной стенки турели, при этом выполняют следующие этапы:
a) погружают первый или второй буй, к которому прикреплены якорные линии или, соответственно, первые соединительные трубопроводы связи с морским дном и,
b) прикрепляют нижние концы подъемных тросов к первому или, соответственно, второму бую, при этом плавучую платформу устанавливают таким образом, что первый или, соответственно, второй буй находится по существу на вертикальной оси ZZ' полости, и
0
c) приводят в действие лебедки для подъема первого или второго причального буя до тех пор, пока кольцевые уплотнения, а именно кольцевые уплотнения круглого сечения для первого причального буя или кольцевое уплотнение для второго причального буя, не окажется (окажутся) прижатым (прижатыми) к нижней стороне донной стенки турели с образованием тем самым первой или, соответственно, второй камеры, заполненной морской водой, причем направляющие трубы, соединенные с первой или, соответственно, второй камерой, также заполнены морской водой до высоты Н, по существу соответствующей уровню поверхности воды на ватерлинии, и
1i
2i
1i
1i
i
0
1i
d) выкачивают воду из первой или, соответственно, из второй камеры с помощью насосных средств до тех пор, пока уровень воды в направляющих трубах, соединенных с первой или, соответственно, второй камерой, не станет ниже высоты H, предпочтительно ниже или равным высоте H, причем высота H такова, что выталкивающая сила, соответствующая весу объема воды, равного V=S×(H-H), где i=а для первого буя и первой камеры и i=b для второго буя и второй камеры, больше веса системы первого буя и якорных линий для первой герметичной камеры или, соответственно, веса системы второго причального буя и соединительных трубопроводов связи с морским дном, и
е) предпочтительно полностью опорожняют первую или, соответственно, вторую камеру, которой затем придают герметичность.
2b
b
2а
a
Как уже было упомянуто, H представляет собой высоту относительно морского дна верхней кромки верхней трубчатой стенки второго буя и нижней стороны части донной стенки турели, когда они находятся в контакте, а S представляет собой площадь поперечного сечения верхней трубчатой стенки второго буя или площадь нижней донной стенки турели, которая ограничена верхней кромкой верхней трубчатой стенки второго буя, когда они находятся в контакте. Подобным образом Н представляет собой высоту относительно морского дна верхней поверхности первого буя и нижней стороны периферийной части донной стенки турели, когда они находятся в контакте, a S представляет собой площадь кольцевой поверхности поперечного сечения второй камеры, ограниченной двумя кольцевыми уплотнениями на верхней стороне первого буя, когда он находится в контакте с нижней стороной периферийной части донной стенки турели.
Более конкретно, после опорожнения первой или второй камеры отсоединяют нижние концы подъемных тросов от первого или, соответственно, второго причального буя и предпочтительно замыкают механические удерживающие средства первого или, соответственно, второго причального буя, прикрепляя его к донной стенке турели, предпочтительно с помощью подвижного запора безопасности, выполненного с возможностью взаимодействия с предохранительными упорами, которые препятствуют сплющиванию кольцевых уплотнений или кольцевого уплотнения, сжатых между первым или, соответственно, вторым буем и нижней стороной донной стенки турели.
Изобретением предусмотрено также создание способа эксплуатации плавучей платформы по изобретению, в котором выполняют отсоединение первого или второго причального буя, присоединенного к турели, причем нижние концы подъемных тросов уже отсоединены от первого или второго причального буя, содержащего следующие этапы, на которых:
1i
a) впускают воду в первую или, соответственно, вторую камеру таким образом, что уровень воды в направляющих трубах, соединенных с первой или, соответственно, второй камерой, поднимается выше уровня H, где i=а для первой камеры и i=b для второй камеры, и
b) для отсоединения второго буя разъединяют автоматические соединители между первыми и вторыми соединительными трубопроводами и
c) освобождают механические удерживающие средства для механического отделения первого или, соответственно, второго причального буя от донной стенки турели,
d) заканчивают заполнение направляющих труб, сообщающихся с камерой, что вызывает отсоединение буя.
Предпочтительно для отсоединения второго буя выполняют следующие этапы, на которых:
a) сбрасывают давление в первых и вторых соединительных трубопроводах связи с морским дном,
2b
b) заполняют вторую камеру или клапанную камеру до высоты H нижней стороны донной стенки турели и прекращают заполнение, когда клапанная камера полностью заполнена водой,
с) разъединяют автоматические соединители между первыми и вторыми соединительными трубопроводами,
d) при необходимости отпирают механические запоры безопасности, и
1b
е) продолжают заполнение клапанной камеры таким образом, чтобы заполнить направляющие трубы до высоты H.
Этот режим отсоединения в два приема имеет преимущества, так как на исходе этапа (b) и по этап (d) включительно второй буй удерживается в своем положении гидростатическим давлением, и процесс отсоединения второго буя остается обратимым простым опорожнением камеры. Это позволяет ввести промежуточную фазу отсоединения или фазу ожидания на тот случай, когда нет уверенности в том, что желательно отсоединить второй причальный буй, но в случае необходимости желательно быть готовым произвести это отсоединение как можно быстрее путем заполнения направляющих труб в соответствии с этапом (е). Таким образом, в случае угрожающей, но не определенной опасности, такой как дрейф плавучего льда или айсберга, спокойно проводят подготовительную фазу (этапы (a)-(d)), которая остается обратимой. Эта фаза может продолжаться несколько часов в случае сжигания газа в факельных башнях при сбросе давления. С момента подтверждения отсоединения вторая фаза (этап (е)), которая является необратимой, занимает несколько десятков секунд или несколько минут для отсоединения буя, а следовательно, для почти мгновенного освобождения плавучей платформы от трубопроводов связи с морским дном или, в случае первого причального буя, от якорного крепления.
В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению выполняют следующие этапы, на которых:
- отсоединяют второй буй от турели, сохраняя первый буй соединенным с турелью, и
- опускают второй буй на определенную глубину погружения под плавучей платформой, оставляя первые соединительные трубопроводы укрепленными на втором буе.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения будут подробно описаны дальше со ссылками на прилагаемые чертежи на примерах осуществления изобретения, не имеющих ограничительного характера. На чертежах:
фиг.1 изображает на виде сбоку и в разрезе плавучую платформу, заякоренную с помощью турельной системы среди плавучего льда,
фиг.2 изображает на виде сбоку и в разрезе плавучую платформу, которая подвергается экстремальному горизонтальному давлению дрейфующего плавучего льда 31,
фиг.3 изображает на виде сбоку отсоединение второго буя, поддерживающего гибкие соединительные трубопроводы 14 связи с морским дном, при этом плавучая платформа удерживается в положении якорными линиями, прикрепленными к первому бую,
фиг.4 изображает на виде сбоку последующее отсоединение первого буя для освобождения плавучей платформы из плавучего льда,
фиг.5 изображает на виде сбоку плавучую платформу, которая заняла положение по вертикали над первым и вторым буями для того, чтобы вновь подсоединить первый буй с якорными линиями 13, а затем второй буй, соединенный с первыми соединительными трубопроводами связи с морским дном типа гибких трубопроводов,
2
фиг.6 изображает на виде сбоку и в разрезе турель, проходящую насквозь через плавучую платформу, донную стенку турели, несущую первый кольцевой буй, на котором укреплены якорные линии, и второй буй 1-2, содержащий клапанную камеру, предназначенную для присоединения первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, причем при непрерывной работе эта клапанная камера доступна для персонала 10, так как она находится под атмосферным давлением,
фиг.7 изображает на виде сбоку и в разрезе отсоединение второго буя от турели путем затопления клапанной камеры морской водой в ходе процедуры освобождения при содействии удерживающих тросов 20b, 21b,
фиг.8 изображает на виде сбоку и в разрезе обратное присоединение второго буя к турели с помощью лебедок и тросов,
2
фиг.9 изображает вид в сечении по линии I-I на фиг.8 на уровне верхней поперечной опоры 5 качения,
фиг.10 изображает на виде сбоку и в разрезе турель и откачивание балласта трюмным насосом из верхней части второго буя, соответствующей клапанной камере,
фиг.11 изображает на виде сбоку и в разрезе начальный этап отсоединения второго буя от турели путем затопления клапанной камеры морской водой в ходе процедуры освобождения,
фиг.12 изображает на виде сбоку и в разрезе элементы фиксации между нижней стороной турели и верхней частью второго буя, а также средства для затопления клапанной камеры морской водой,
фиг.13 изображает на виде сбоку и в разрезе устройство для откачивания балласта с помощью трюмного насоса из верхней части камеры первого буя,
фиг.14 изображает на виде сбоку и в разрезе устройство для затопления камеры первого буя при отсоединенном втором буе,
фиг.15 изображает на виде сверху расположенные коаксиально первый и второй буи.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлено на виде сбоку и в разрезе судно или плавучая платформа 10, закрепленная на отсоединяемой причальной системе 1, которая прикреплена снизу к турели 2 и содержит первый буй 1-1, на котором укреплены якорные линии 13, и второй буй 1-2, связанный с непоказанными устьями подводных скважин гибкими трубопроводами, которые называются первыми соединительными трубопроводами 14 связи с морским дном. Гибкий соединительный трубопровод 14 содержит провисающую погружную ветвь 14а, идущую до поддерживающего ее подводного поплавка 15, который удерживается тросом 15а, соединенным с мертвым якорем 15b на дне моря. Далее ветвь 14а продолжается провисающей ветвью 14b до морского дна 50 и затем до устьев скважин.
Конструкция и способы соединения/отсоединения первого и второго буев относительно нижней стороны турели 2 описаны далее независимо друг от друга.
На фиг.2 показана на виде сбоку плавучая платформа, толкаемая дрейфующим плавучим льдом 31, что вызывает смещение δL, которое существенно изменяет конфигурацию левых погружных ветвей 14а соединительных трубопроводов 14 связи с морским дном, при этом сила F, приложенная к первому бую 1-1, передается на турель 2 плавучей платформы, которая удерживает ее в показанном положении.
На фиг.3 показано отсоединение второго буя 1-2, который смещается на некоторое расстояние и стабилизируется на высоте На над морским дном 50. Связанный со вторым буем 1-2 мертвый якорь 16 позволяет стабилизировать второй буй 1-2 на высоте На, когда он опускается на морское дно 50. Первый буй 1-1 остается прикрепленным к плавучей платформе и удерживает ее в показанном положении.
На фиг.4 показано быстрое отсоединение первого буя 1-1. Он также смещается и стабилизируется на высоте Hb над морским дном 50. При этом плавучая платформа освобождается и может отойти от плавучего льда для увода в укрытие.
На фиг.5 показана на виде сбоку плавучая платформа, занявшая положение на вертикали над первым и вторым буями, стабилизировавшимися соответственно на высоте Hb-На над морским дном 50. Плавучая платформа подберет и последовательно присоединит первый буй 1-1 якорного крепления и затем второй буй 1-2.
На фиг.6 показано на виде сбоку и в разрезе причальное устройство 1. Оно содержит два буя 1-1, 1-2, расположенных коаксиально друг другу по оси ZZ' донной стенки 2b турели. Первый буй 1-1 является кольцевым буем, на котором укреплены якорные линии 13, причем он содержит центральный проем 1-3, вмещающий в себя второй буй 1-2, на котором укреплены первые соединительные трубопроводы 14 связи с морским дном. Второй буй 1-2 содержит верхнюю трубчатую стенку 1а, в дальнейшем называемую клапанной камерой, внутри которой расположены клапаны 8 и соединители 7 на верхних концах первых соединительных трубопроводов 14 связи с морским дном.
1
2
3
1
Причальное устройство 1 разъемно соединено с турелью 2. Турель представляет собой герметичную трубчатую конструкцию 2 круглого поперечного сечения с вертикальной осью ZZ' и содержит донную стенку 2b, герметично соединенную с нижним концом боковой трубчатой стенки 2а. Турель расположена внутри полости 4, которая проходит насквозь через корпус плавучей платформы по всей его высоте. Турель установлена с возможностью вращения относительно корпуса с помощью трех опор 5, 5, 5 качения, причем опора 5 расположена над ватерлинией 32 и/или над водой. Эти опоры качения допускают вращение плавучей платформы вокруг по существу вертикальной оси ZZ' турели и полости без вращения причального устройства вокруг той же вертикальной оси ZZ'.
1
1
Вторые соединительные трубопроводы 14с проходят между верхними концами первых соединительных трубопроводов 14 связи с морским дном, с которыми они соединены, и палубой 10 плавучей платформы. Эти вторые соединительные трубопроводы 14с герметично проходят через донную стенку 2b турели 2 и поднимаются внутри полости 4 к соединительному устройству 3 для множества вторых соединительных трубопроводов 14с, при этом соединительное устройство 3 соединено с плавучей платформой на уровне палубы 10. Соединительное устройство 3 выполнено по типу поворотного соединительного устройства с возможностью вращения на палубе таким образом, что допускает вращение плавучей платформы без вращения соединительного устройства. Нижние концы вторых соединительных трубопроводов на нижней стороне донной стенки турели соединены с верхними концами первых соединительных трубопроводов 14 связи с морским дном посредством соединителей 7, соединенных с отсечными клапанами 8.
Морская вода присутствует внутри полости 4 плавучей платформы снаружи турели.
На верхнем конце турели 2 имеется верхняя площадка 2с большего диаметра по сравнению с боковой трубчатой стенкой турели 2. Эта площадка опирается своей выступающей за боковую трубчатую стенку внешней частью на уступ 10а на верхнем конце полости 4.
Турель причальной системы содержит три опоры качения, а именно:
1
- верхнюю упорную опору 5,
2
- верхнюю поперечную направляющую опору 5 и
3
- нижнюю поперечную направляющую опору 5.
1
2
3
Эти опоры 5, 5, 5 являются опорами скольжения или качения, предпочтительно опорами качения. Более конкретно, речь может идти о роликах или колесах, установленных между:
1
2
3
- внутренней стенкой 4 полости 4 и наружной поверхностью боковой трубчатой стенки турели 2 для роликов или колес поперечных направляющих опор 5 и 5 и
1
- уступом 10а и верхней площадкой 2с турели 2 - для упорной опоры 5.
1
2
3
1
1
Следует понимать, что, по меньшей мере, на уровне опор трубчатая конструкция 2 и внутренняя стенка 4 полости имеют круглое поперечное сечение. Ролики или колеса верхней и нижней поперечных направляющих опор 5 и 5 расположены на вертикальных осях вращения. В верхней упорной опоре 5 эти ролики или колеса расположены на горизонтальных осях вращения и опираются на уступ 10а, а площадка 2с опирается на верхние участки роликов опоры 5.
В качестве примера, для установки большого числа трубопроводов для газа, сырой нефти, гидравлических соединений и электрических кабелей, например тридцати шести или сорока восьми трубопроводов 14 со всеми элементами безопасности и контроля, наружный диаметр трубчатой конструкции турели 2 может превышать 25 м и, в частности, может составлять от 10 до 20 м, а высота ее подводной части обычно превышает 20 м и может достигать 25 м и даже больше в том случае, когда корпус плавучей платформы имеет высоту 50 м, как это бывает.
Система присоединения/отсоединения первого и/или соответственно второго буев 1-1, 1-2 относительно донной стенки 2b турели позволяет присоединять и отсоединять каждый из них независимо друг от друга.
Донная стенка 2b турели содержит:
- круглую центральную часть 2b1, герметично соединенную с боковой трубчатой стенкой 2а турели внутри нее выше нижнего конца, и
- периферийную кольцевую часть 2b2, которая окружает центральную часть 2b1 и герметично соединена с нижним концом или с наружной поверхностью боковой трубчатой стенки 2а со смещением по высоте вниз относительно центральной части 2b1 таким образом, что нижние концы вторых соединительных трубопроводов 14с, которые предпочтительно содержат части 7b соединителей на нижней стороне центральной части 2b1 донной стенки 2b, расположены выше нижнего конца боковой трубчатой стенки герметичной трубчатой конструкции турели 2.
Два концентричных кольцевых уплотнения 200а, 200b, предпочтительно имеющих форму тора, расположены на верхней поверхности 40а первого кольцевого буя 1-1. Они установлены коаксиально по оси ZZ' центрального проема 1-3 первого буя и ограничивают первую герметичную камеру или кольцевую промежуточную камеру 40 между периферийной частью 2b2 донной стенки 2b турели и верхней поверхностью 40а первого буя 1-1, когда эта верхняя поверхность первого буя 1-1 прижата к дну турели.
Плавучая платформа находится в холодных водах, в которых могут перемещаться айсберги или плавучий лед 31 большой протяженности и большой толщины, плавающий на морской поверхности 32. В некоторых экстремальных ситуациях, таких как шторм или наличие плавучего льда большой толщины, который форштевень судна в форме ледокола неспособен разбить по мере продвижения, необходимо отсоединить плавучую платформу, чтобы увести ее в укрытие и подождать возвращения нормальной ситуации. Для этого отсоединяют второй буй, чтобы опустить первые трубопроводы на определенную глубину и затем отсоединяют первый буй, обычно называемый «паукообразным буем».
Более конкретно, внутренняя плавучесть первого и второго буев, то есть объем кольцевой полой камеры 40b внутри первого буя 1-1 и объем камеры 30b под клапанной камерой 30 второго буя 1-2, подобраны таким образом, чтобы они стабилизировались на соответствующих глубинах На и Hb над морским дном. В качестве примера эти расстояния могут составлять от 50 до 100 м от морской поверхности 32, что укрывает систему якорных линий и гибких трубопроводов, как это показано на фиг.5.
Однако согласно изобретению можно ограничиться тем, что отсоединить только второй буй для укрытия трубопроводов 14 без отсоединения первого буя, то есть без снятия плавучей платформы с якорей, как это показано на фиг.3.
Как показано на фиг.2, когда судно подвергается высоким нагрузкам от плавучего льда, волнения, ветра или течения, его система якорных линий 13, связанных с кольцевым причальным буем 1-1, удерживает судно. Учитывая большие размеры плавучей платформы, усилия реакции причальной системы создают на уровне основания турели значительные горизонтальные напряжения F, которые могут достигать от 5000 до 7500 тонн в случае навала плавучего льда на борт плавучей платформы и от 1500 до 3000 тонн при экстремальных условиях волнения, ветра и течения. Эти горизонтальные усилия передаются первым кольцевым причальным буем непосредственно на основание турели.
На фиг.6-11 в целях большей наглядности показан второй буй 1-2 только с одним вторым соединительным трубопроводом 14с, который проходит внутри турели от охватывающей части 7b автоматического соединителя 7 на нижней поверхности донной стенки 2b турели.
0
Как показано на фиг.7, второй буй управляется с помощью тросов 20b, как минимум двух, а предпочтительно трех тросов, которые предпочтительно равномерно разнесены по окружности внутри турели вблизи внутренней цилиндрической поверхности стенки трубчатой конструкции 2. Тросы связаны с лебедками 20а, укрепленными на турели в ее верхней части высоко над ватерлинией 32, предпочтительно на площадке 2с. Каждый трос 20b проходит через направляющую трубу 20с-2 длиной в несколько метров, например 5 м, что является максимальным уровнем волнения у борта судна, то есть достаточно высоко над уровнем 32 моря при спокойном состоянии, показанном на фиг.7. Направляющая труба 20с-2 проходит вертикально вниз и герметично пересекает центральную часть 2b1 донной стенки 2b турели 2. Таким образом, уровень морской воды внутри направляющих труб 20с-2 остается по существу таким же, как у борта судна, то есть морская вода стоит на уровне Н, который на чертеже соответствует уровню 32 моря. В случае серьезного волнения или шторма уровень воды в направляющей трубе 20с-2 не может достичь ее вершины, так что нет риска затопления внутреннего пространства турели 2.
В боковой трубчатой стенке 2а турели проходят насквозь направляющие трубы 20с-1, предпочтительно, по меньшей мере, три равномерно разнесенные трубы. Они проходят от площадки 2с до нижнего конца боковой трубчатой стенки 2а и пересекают периферийную часть 2b2 донной стенки 2b турели. Внутри этих направляющих труб проходят тросы 21b, верхние концы которых укреплены на лебедках 21а, установленных на площадке 2с, а нижние концы прикреплены к плоской верхней поверхности 40а первого кольцевого буя.
Таким образом, первый причальный буй удерживается тросами 21b, как минимум двумя и предпочтительно тремя тросами, равномерно разнесенными внутри трубчатой стенки 2а турели.
Как показано на фиг.5, первый причальный буй 1-1 находится в нерабочем положении на высоте На над уровнем моря, второй буй 1-2 находится в нерабочем положении на высоте Hb над уровнем моря, а плавучая платформа позиционирована по существу на вертикали обоих буев. Подводный аппарат с дистанционным управлением (ROV, remotely operated vehicle) опускается до соединения с первым буем 1-1, концы тросов 21b опускают на желаемую глубину путем их разматывания с лебедок 21а. Затем первый буй поднимают к донной стенке 2b турели посредством синхронизированного управления всеми лебедками для наматывания тросов до тех пор, пока верхняя часть буя не придет в контакт с нижней частью 2b2 турели. Далее откачивают балласт из первой камеры 40, как показано на фиг.13, используя насос 22, и первый буй соединяется с турелью благодаря выталкивающей силе, которая действует на поверхность, ограниченную двумя кольцевыми уплотнениями 200а-200b, так как эта первая камера 40 теперь находится по существу под атмосферным давлением.
Таким же образом, когда второй буй 1-2 находится в нерабочем положении на высоте Hb над уровнем моря, подводный аппарат с дистанционным управлением соединяет с верхней кромкой 1b этого второго буя нижние концы тросов 20b, опущенных на желаемую глубину разматыванием с помощью лебедок 20а. Затем второй буй поднимают к донной стенке турели посредством синхронизированного управления всеми лебедками для наматывания тросов до тех пор, пока верхняя часть буя не придет в контакт с нижней частью турели. Далее откачивают балласт из клапанной камеры 30, как показано на фиг.10, используя насос 22, и второй буй соединяется с турелью благодаря выталкивающей силе, которая действует на поверхность, ограниченную кольцевым уплотнением 100, так как клапанная камера 30 теперь находится по существу под атмосферным давлением.
Процессы присоединения и отсоединения первого и второго буев сходны и в последующем описании более подробно будут описаны на примере второго буя.
Верхняя часть второго буя 1-2 образована верхней трубчатой стенкой 1а, предпочтительно круглого сечения, которая ограничивает первую камеру или клапанную камеру 30. Эта камера заключает в себе верхние концы первых трубопроводов 14, которые герметично проходят через дно 30а камеры 30 и через отсек 30b плавучести, расположенный под клапанной камерой 30. Верхние концы первых трубопроводов 14 снабжены клапанами 8 и/или охватываемыми частями 7а или охватывающими частями 7b автоматических соединителей 7. Клапаны 8 и охватываемые части 7а автоматических соединителей 7 на верхних концах первых трубопроводов 14 поддерживаются дном 30а клапанной камеры 30.
Кольцевое уплотнение 100, предпочтительно в форме тора, прижимается к верхней кромке 1b, образующей торец верхней трубчатой стенки 1а второго буя 1-2.
Укрепленное на втором буе 1-2 кольцевое уплотнение 100 из эластомера круглого поперечного сечения сжимается между нижней поверхностью турели и верхней частью второго буя, а упор 101, жестко прикрепленный ко второму бую, ограничивает сплющивание уплотнения и обеспечивает передачу вертикальной нагрузки от выталкивающей силы между вторым буем и турелью.
Эти упоры 101 прижаты к наружной поверхности трубчатой стенки 1а и проходят вниз под нее, то есть под уровень дна трубчатой конструкции 2 таким образом, что воспринимают горизонтальные усилия, воздействующие на второй буй 1-2.
Нижний конец 27 боковой трубчатой стенки 2а турели под центральной частью 2b2 донной стенки образует средства 27 направления для центрирования второго буя относительно турели и за счет этого облегчения соединения охватываемых частей 7а и охватывающих частей 7b автоматических соединителей.
Таким образом, нижний конец боковой трубчатой стенки 2а турели позволяет воспринимать горизонтальные усилия, которым подвергается второй буй 1-2.
Когда стыковка второго буя 1-2 с турелью закончена, в тросах 20b, 21b поддерживают натяжение и производят откачивание балласта из клапанной камеры 30, как это показано на фиг.10.
0
1b
0
2b
3
3
3
3
Для этого насос 22 всасывает воду через всасывающий трубопровод 22а, проходящий герметичным образом через дно турели, и сбрасывают воду в море через расположенный под углом нагнетательный трубопровод 22b, проходящий герметичным образом через турель 2. В начале откачивания вода в направляющих трубах 20с-1 находится на уровне Н, по существу соответствующему уровню моря, но после откачивания нескольких сотен литров вода достигает уровня H, поскольку диаметр труб связан с диаметром подъемных тросов 20b и сведен до минимума. В качестве примера направляющая труба внутреннего диаметра 300 мм и высотой Н-H, равной 20 м, внутри которой проходит подъемный трос диаметром 150 мм, соответствует объему воды, примерно равному 1 м, то есть для подъемной системы с четырьмя ветвями общий объем составляет 4 м. Насос откачивания балласта с объемной подачей 500 м/ч опорожняет общую высоту этих направляющих труб примерно за 30 секунд, а затем начинает опорожнять клапанную камеру, объем которой составляет примерно 2000 м для камеры высотой 5 м и диаметром 22,5 м.
3
b
b
2b
b
b
0
2b
2b
Таким образом, после отвода первых 4 м воды, то есть примерно через 30 секунд, второй буй оказывается прижатым к нижней стороне турели с направленной вверх вертикальной силой V, соответствующей произведению площади S сечения внутренней поверхности, ограниченной кольцевым уплотнением 100, на гидростатическое давление, соответствующее уровню H, то есть соответствующее весу объема воды. Таким образом, V=S×(H-H). В качестве примера описанный выше кольцевой буй с клапанной камерой диаметром 22,5 м на уровне кольцевого уплотнения 100 и расположенный на глубине H=20 м, что соответствует по существу давлению в 2 бара, прижимается к турели с направленной вверх вертикальной силой, равной примерно 8000 тонн. Когда клапанная камера 30 опорожнена, она находится под атмосферным давлением и становится доступной через люк 24, снабженный герметичной крышкой 24а, которая находится в закрытом положении, когда кольцевой буй отсоединен или когда клапанная камера находится в процессе опорожнения или заполнения.
Когда клапанная камера 30 опорожнена, подъемные тросы больше не нужны, и их предпочтительно отсоединяют, чтобы облегчить последующее освобождение от второго буя в случае необходимости. Предпочтительно на нижней стороне турели расположено запорное устройство, показанное на фиг.12. Оно состоит, например, из подвижной шарнирной части 102, которая укреплена на нижней стороне турели и взаимодействует с упором 101, укрепленным на втором буе. В качестве примера упор 101 может быть тем же упором, который ограничивает сплющивание кольцевого уплотнения 100 из эластомера. Таким образом, в случае затопления клапанной камеры потеря плавучести кольцевым буем будет компенсироваться предохранительным запорным устройством, что устраняет риск непреднамеренного и губительного отсоединения этого буя.
В случае необходимости отсоединения второго буя от плавучей платформы, например, из-за шторма, айсберга или плавучего льда, угрожающего всей установке, производят отсоединение согласно предпочтительной процедуре, которая описана ниже со ссылками на фиг.6-12:
- герметично закрывают люк 24 доступа в клапанную камеру и
- отсоединяют подъемные тросы 20b от кольцевого буя и в случае необходимости полностью удаляют их из направляющих труб 20с-2; при закрытых предохранительных запорных устройствах 102 открывают клапан 25, который показан на фиг.11 и устанавливает сообщение клапанной камеры с морем через трубопроводы 25а-25b заполнения, проходящие соответственно через боковую трубчатую стенку турели 2 в ее нижней части и через донную стенку 2b турели, и начинают заполнение клапанной камеры, причем направляющие трубы 20с-2 служат для поддержания в клапанной камере 30 по существу атмосферного давления во время этого заполнения, и
3
2b
- прекращают заполнение путем закрытия клапана 25, когда клапанная камера 30 полностью заполнена, что в описанном выше примере составляет объем морской воды, примерно равный 2000 м, то есть когда внутри клапанной камеры достигнут уровень H воды.
2b
b
0
2b
В этом положении второй буй продолжает оставаться в своем положении за счет гидростатического давления F (где F=весу объема воды, равного V=S×(Н-H)), и процесс отсоединения может быть реверсирован простым опорожнением камеры, как это было описано выше. Предварительно или во время этого этапа заполнения, который может продолжаться от 10 до 45 минут в зависимости от числа клапанов 25 и трубопроводов 25а-25b заполнения и их соответствующих диаметров, предпочтительно сбрасывают давление во всех гибких трубопроводах 14 до устьев скважин. Особенно это относится к газовым трубопроводам под очень высоким давлением, при этом газ направляют к факельным башням плавучей платформы для сжигания.
Когда отсоединение подтверждено определенным образом, выполняют следующие операции:
- отпирают предохранительные запорные устройства 102, поворачивая их из закрытого положения 102а в открытое положение 102b, и
- широко открывают, по меньшей мере, один из клапанов 25, чтобы закончить заполнение направляющих труб 20 с-2, что в описанном выше примере составляет небольшой объем порядка нескольких кубических метров.
1b
3b
3b
b
0
3b
3b
1b
1b
b
0
1b
1b
0
После достижения уровня H плавучесть второго буя снижается с величины F, равной весу объема воды V=S×(H-H)), где H представляет собой уровень донной стенки 30а клапанной камеры 30, до величины F=весу объема воды, равного V=S×(H-H). Поскольку собственный вес системы, образованной находящимся ниже ватерлинии вторым буем и гибкими трубопроводами, превышает величину F, второй буй начинает естественным образом отделяться от турели. При этом второй буй начинает опускаться, и кольцевое уплотнение 100 теряет герметичность, пропуская морскую воду с практически неограниченным расходом. Второй буй сразу оказывается на гидростатическом уровне, соответствующем уровню морской поверхности, то есть уровню Н, и быстро опускается под действием значительной силы, соответствующей его собственному весу, то есть от 500 до 1500 тонн, таким образом почти мгновенно освобождая плавучую платформу от ее якорного крепления посредством турели.
3
3
1b
В описанном примере осуществления этот заключительный этап от его начала и до получения результата, требующий перемещения от 3 до 4 м воды для заполнения направляющих трубопроводов 20с-2, которые играют роль каналов для удаления воздуха, занимает всего несколько секунд, а в худшем случае несколько десятков секунд. Как только достигнут уровень H, второй буй начинает опускаться, но кольцевое уплотнение 100 остается в сжатом состоянии, и герметичность сохраняется. Для продолжения процесса освобождения нужно продолжать ввод воды до тех пор, пока сжатие уплотнения не прекратится и оно не начнет пропускать морскую воду, что вызывает резкое освобождение второго буя. В качестве примера в упомянутом примере осуществления при клапанной камере диаметром 22,5 м сжатое уплотнение толщиной 25 мм требует дополнительной подачи морской воды в объеме примерно 10 м, что не увеличивает радикально времени отсоединения.
Заполнение клапанной камеры 30 может также осуществляться с помощью клапанов 26 и поперечных трубопроводов 26а-26b заполнения, которые проходят через верхнюю трубчатую стенку 1а второго причального буя 1-2, как это показано на фиг.12.
Для того чтобы получить почти мгновенное отсоединение, в предпочтительном варианте осуществления можно использовать герметичный люк 103 в верхней трубчатой стенке клапанной камеры 30. При нормальной работе и на предварительном этапе перед отсоединением герметичный люк 103 больших размеров удерживается в закрытом положении 103a непоказанным спусковым устройством или разрывными болтами, которые могут известным образом приводиться в действие дистанционно для открытия этого герметичного люка. В этом открытом положении 103b люк свободно пропускает морскую воду, так что освобождение осуществляется почти мгновенно.
В приведенном выше описании верхняя трубчатая стенка 1а второго причального буя описана как определяемая цилиндрической поверхностью с вертикальной осью ZZ', предпочтительно круглого поперечного сечения. Однако очевидно, что эта верхняя трубчатая стенка 1а может определяться поверхностью вращения с вертикальной осью ZZ', прямая образующая которой наклонена к оси ZZ', так что эта верхняя трубчатая стенка 1а имеет форму усеченного конуса, или же эта образующая может быть криволинейной. Существенно, чтобы была определена боковая стенка, с одной стороны, верхняя кромка 1b которой может приходить в контакт с нижней стороной центральной части 2b2 донной стенки 2b турели 2, и с другой стороны, нижний конец которой может соединяться герметичным образом с периферией донной стенки камеры 30 таким образом, чтобы образовывать герметичную клапанную камеру 30, когда верхняя кромка боковой стенки этой клапанной камеры контактирует с донной стенкой 2b турели 2.
При описании различных чертежей лебедки 20а-21а представлены установленными на уровне палубы плавучей платформы, а соответствующие подъемные тросы 20b-21b проходят через направляющие трубы 20с-1, 20с-2, которые выполняют также роль каналов для отвода воздуха. Однако в рамках изобретения эти лебедки могут быть встроены в конструкцию турели на уровне ее дна. В этом случае лебедки находятся непосредственно в воде, а тросы непосредственно соединены с буем. В этом случае можно оставить, по меньшей мере, одну трубу 20с-1, 20с-2, которая выполняет только роль канала для отвода воздуха.
Система и процесс присоединения/отсоединения первого буя 1-1 сходны с описанным выше для второго буя.
Для присоединения первого буя 1-1 насосные средства соединены с всасывающим трубопроводом 22а, проходящим через периферийную часть 2b2 донной стенки 2b, и с нагнетательным трубопроводом 22b, проходящим через боковую трубчатую стенку 2а и выходящим внутрь полости 4 (фиг.13-14). Это позволяет опорожнять промежуточную камеру 40 между двумя кольцевыми уплотнениями 200а и 200b, которые ее ограничивают, когда первый буй прижат к донной стенке турели.
Два кольцевых уплотнения 200а-200b из эластомера, прикрепленных к первому кольцевому бую 1-1, сжаты между нижней стороной турели и верхней частью первого буя.
Упоры 101а, 101b, содержащие охватываемые части 101а и соединенные с верхней стороной 40а первого буя, взаимодействуют с ответными охватывающими частями 101b, в которых они могут фиксироваться на нижней стороне периферийной части 2b2 донной стенки 2b турели.
Равным образом упоры или фиксаторы 101а, 101b могут ограничивать сплющивание кольцевых уплотнений 200а и 200b, и эти упоры могут взаимодействовать с предохранительными защелками (не показаны), которые жестко соединяют первый буй с периферийной частью 2b2 донной стенки 2b турели.
Эти упоры 101а, 101b образуют средства центрирования первого буя относительно донной стенки турели и позволяют воспринимать, по меньшей мере, часть горизонтальных усилий, которым подвергается первый буй.
Для отсоединения первого буя 1-1 клапан 25 и трубопроводы 25а, 25b, проходящие через боковую стенку турели, позволяют заполнять камеру 40 водой с ее забором из полости 4.
0
На оба буя действует выталкивающая сила. Во втором буе она действует на поверхность, ограниченную кольцевым уплотнением 100, а первом буе эта поверхность ограничена кольцевыми уплотнениями 200а-200b. Величина вертикальной выталкивающей силы зависит от разницы Н-Н, где Н - свободный уровень воды внутри направляющих труб 20с-1, 20с-2.
1a
1a
1a
2a
Для первого буя в примере выполнения по фиг.6 уровень H=H соответствует равновесию между выталкивающей силой (направленной вверх) и собственным весом (направленным вниз) причального буя 1-1 с системой якорного крепления. Таким образом, при присоединении первого буя насос 22 вызывает очень быстрое снижение уровня воды в направляющих трубах 20с-1, и когда этот уровень достигает величины H, буй 1-1 оказывается прижатым к нижней стороне турели 2. Продолжение откачивания вызовет увеличение выталкивающей силы, так что коэффициент запаса системы зависит от высоты H-H.
1a
1a
1a
2a
Таким же образом во время отсоединения первого буя при спокойной погоде, когда уровень воды внутри направляющих труб 20с-1 находится ниже уровня H, буй остается прижатым к нижней стороне турели, но отсоединяется, как только уровень H пройден и приближается к поверхности воды. В экстремальных условиях, как это показано на фиг.2 и 3, отсоединение происходит, когда уровень Н находится между уровнем H и уровнем H.
1a
1a
2a
2а
То же самое относится ко второму бую, который в спокойную погоду подсоединяется и отсоединяется при уровне H, а в экстремальных условиях отсоединяется при уровне Н между уровнем H и уровнем H. В качестве примера первый буй 1-1, имеющий внутреннее периферийное кольцевое уплотнение 200а диаметром 25 м и наружное периферийное кольцевое уплотнение 200b диаметром 42 м, при уровне Н, равном 22 м, когда плоскость кольцевых уплотнений находится на глубине 20 м, подвергается направленной вверх выталкивающей силе величиной примерно 20000 тонн.