СУДНО ДЛЯ БУРЕНИЯ И ДОБЫЧИ В ЛЕДОВЫХ ВОДАХ
SHIP FOR DRILLING AND PRODUCTION IN ARCTIC WATERS

Изобретение относится к судну для бурения нефтяных и/или газовых скважин, а также осуществления добычи. В частности, изобретение относится к судну, выполненному с возможностью использования в арктических водах. Кроме того, изобретение относится к системе и способам, указанным в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения.
Известны суда с турелями для бурения скважин на морском дне, например, из публикации патента США US 5359957. Турель обеспечивает возможность произвольной ориентации судна относительно скважины, поскольку судно может поворачиваться вокруг центральной оси турели. Такой поворот судна часто необходим для уменьшения нагрузки на стояночные или подруливающие средства. Для достижения этой цели судно ориентируют так, что оно подвергается минимально возможному воздействию омывающих течений.
В арктических регионах к этому добавляются трудности, связанные с наличием в море льда. Им могут быть массивы льда (айсберги), которые вынуждают судно отходить от скважины. Им также может быть плавающий паковый лед. Плавучий лед будет оказывать значительное силовое воздействие на крупное судно и должен надлежащим образом учитываться, чтобы избежать избыточного силового воздействия на стояночные или подруливающие средства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту изобретения предложено судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин. Судно характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью бурения через бурильную водоотделяющую колонну, проходящую от скважины в морском дне до турели, размещенной на судне. Бурильная водоотделяющая колонна выполнена с возможностью отсоединения от судна при нахождении под его основной линией или днищем, в результате чего обеспечивается возможность отхода судна от буровой водоотделяющей колонны. Такое решение позволяет судну быстро отойти от скважины. Отсутствует необходимость втягивать в судно бурильную водоотделяющую колонну, которая может оставаться установленной.
Турель предпочтительно имеет нижнюю часть, выполненную с возможностью отделения от судна, так что при отделении она погружается в море и принимает равновесное положение, в котором она окружает по меньшей мере часть бурильной водоотделяющей колонны. Нижняя часть турели имеет такую плавучесть, что в равновесном положении она поднимает по меньшей мере частично стояночные оттяжки.
Нижняя часть турели предпочтительно прикреплена к стояночным оттяжкам и имеет, как указано выше, такую плавучесть, что при отделении от судна она будет погружаться до достижения равновесного положения, в котором она удерживает по меньшей мере части стояночных оттяжек над морским дном. В этом положении она предпочтительно одновременно поддерживает бурильную водоотделяющую колонну сбоку. Это возможно потому, что вес стояночных оттяжек будет удерживать турель над скважиной.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения предложено судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин и/или добычи из них нефти и/или газа, выполненное с возможностью соединения по меньшей мере с одной водоотделяющей колонной для добычи, соединенной с турелью, которая соединена с судном или бурильной водоотделяющей колонной, проходящей через турель, соединенную с судном. В соответствии с этим аспектом изобретения нижняя часть турели проходит на некотором расстоянии ниже основной линии судна. Предпочтительное расстояние может составлять по меньшей мере три метра.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложено судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин и/или добычи из них нефти или газа, выполненное с возможностью соединения по меньшей мере с одной водоотделяющей колонной для добычи, соединенной с турелью, соединенной с судном или бурильной водоотделяющей колонной, проходящей через турель, соединенную с судном, причем судно содержит льдоотводящее устройство, проходящее вниз от днища судна и частично окружающее упомянутую турель.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложено судно для бурения и/или добычи из нефтяной и/или газовой скважины, выполненное с возможностью соединения по меньшей мере с одной водоотделяющей колонной для добычи, соединенной с турелью, соединенной с судном или бурильной водоотделяющей колонной, проходящей через турель, соединенной с судном, а турель содержит льдоотводящее устройство, проходящее вниз от днища судна и по меньшей мере частично окружающее турель.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложено судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин и/или добычи из них нефти или газа, выполненное с возможностью соединения по меньшей мере с одной водоотделяющей колонной, соединенной с турелью, которая соединена с судном или с водоотделяющей колонной, проходящей через турель, соединенную с судном. Это судно предпочтительно отличается тем, что
между носом и кормой судна проходят два продольных борта, на протяжении по меньшей мере 50% которых выполнен ледовый пояс, образующий угол α между корпусом судна и горизонталью, который составляет от 45° до 80°, а
турель имеет центральную ось, расположенную на судне перед серединой Lпп на расстоянии, соответствующем 0,15 - 0,45 Lпп, (длина между перпендикулярами).
Конструкция судна обеспечивает возможность поворота, когда оно подвергается воздействию пакового льда, плавающего на водной поверхности и дрейфующего под углом относительно продольной оси судна. Более подробно это раскрыто в описании примеров использования изобретения. Судно, кроме того, может предпочтительно отличаться тем, что при наличии в нем параллельного пояса центральная ось указанной турели расположена перед ним.
Судно в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предпочтительно имеет длину между перпендикулярами (Lпп) более 200 м, ширину от 40 до 55 м и осадку по меньшей мере 10 м.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложена соединительная система для раскрепляемого соединения первой части в виде турели, установленной на судне, с второй частью в виде буя, выполненного с возможностью приема стояночных оттяжек и по меньшей мере одной водоотделяющей колонны. Для уменьшения давления воды над буем в системе предусмотрена возможность удаления над ним воды, когда турель и буй соединены друг с другом. Таким образом, когда вода над буем будет удалена, буй будет выталкиваться к турели окружающим гидростатическим давлением.
Одна из первой и второй частей может предпочтительно содержать выступающее направляюще тело, а другая из этих частей содержит соответствующую ответную по форму выемку, выполненную с возможностью приема направляющего тела в положении взаимодействия.
Одна часть может также предпочтительно содержать запирающее устройство для механического прикрепления одной части к другой части, так как запирающее устройство выполнено с возможностью взаимодействия с другой частью. В результате в предлагаемой системе обеспечена возможность работы при значительной боковой тяге стояночными средствами. Направляющее тело и выемка будут поглощать боковые силы, возникающие между ними и, таким образом, обеспечивать защиту запирающего устройства (запирающих устройств). При отсоединении буя от турели сначала может быть раскреплено запирающее устройство, которое в результате перестает подвергаться воздействию значительных боковых сил. После этого в пространство над буем может быть подана вода, так что буй перемещается вниз и не вступает в контакт с турелями.
Выступающее направляющее тело предпочтительно имеет конусную форму, а выемка предпочтительно имеет соответствующую ответную по форме коническую форму. Такая особенно предпочтительная конструкция направляющего элемента и выемки препятствует образованию слишком больших напряжений между поверхностями направляющего тела и выемки при перемещении буя вниз под действием тяги вбок стояночных оттяжек. Конусность также способствует корректировке и более легкому выравниванию буя относительно турели тогда, когда они соединены.
В соответствии с другим аспектом этого изобретения, предложен способ для отсоединения буя от турели, смонтированной на судне, при этом буй прикреплен к стояночным оттяжкам и по меньшей мере к одной водоотделяющей колонне. Согласно способу
(a) раскрепляют запирающие устройства из положения взаимодействия, причем запирающие устройства выполнены с возможностью механического прикрепления буя к турели; а затем
(b) подают воду над буем для увеличения над ним гидростатического давления.
Таким образом, запирающие устройства защищены от воздействия слишком больших сил при отсоединении буя от турели.
В соответствии еще с одним аспектом изобретения предложен способ соединения буя с турелью, размещенной на судне, при этом буй соединен с стояночными оттяжками и по меньшей мере одной водоотделяющей колонной. Согласно способу
(р) подтягивают буй вверх к турели и
(q) откачивают воду из пространства над буем для уменьшения гидростатического давления в этом пространстве.
Согласно способу после проведения этапа (р) предпочтительно механически прикрепляют буй к турели с помощью запирающих устройств. В принципе, это может быть выполнено перед этапом (q), во время этапа (q) и после этапа (q). Предпочтительно это выполняют перед этапом (q).
Как будет видно из описанных ниже примеров, различные аспекты в соответствии с изобретением наиболее пригодны для морских работ в арктических водах, в которых на поверхности моря имеется много льда, включая дрейфующие льды и айсберги.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ РЕАЛИЗАЦИИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведены многочисленные примеры реализации настоящего изобретения со ссылками на чертежи, на которых
на фиг.1а-1с проиллюстрирован принцип отсоединения водоотделяющей колонны от судна;
на фиг.2а и 2b показано судно в соответствии с изобретением, с турелью для бурения или добычи нефти и природного газа;
на фиг.3а и 3b показано судно в соответствии с изобретением и увеличенное изображение сечения части ледового пояса судна;
на фиг.4а-4h показан способ для работы в условиях дрейфующих льдов;
на фиг.5 показано расположение турели на судне в соответствии с изобретением;
на фиг.6 показана соединительная система для раскрепляемого соединения буя с турелью, размещенной на судне;
на фиг.7 показан наиболее предпочтительный пример реализации соединения, представленного на фиг.6.
На фиг.1а-1с изображена носовая часть судна 1 в соответствии с изобретением. Судно 1 расположено над нефтяной и/или газовой скважиной (не показана), находящейся под противовыбросовым превентором 3. На судне 1 размещена турель 5, выполненная так, что судно может свободно поворачиваться вокруг ее центральной оси во время проведения работ. Между превентором 3 и турелью 5 показана жесткая бурильная водоотделяющая колонна 7. Бурильная водоотделяющая колонна 7 имеет поплавковый элемент 9 для бурильной водоотделяющей колонны, выполненный с возможностью удержания части веса бурильной водоотделяющей колонны 7 Таких поплавковых элементов 9 может быть несколько. Часть веса бурильной водоотделяющей колонны 7 удерживается с помощью натяжного устройства на судне 1, которое компенсирует вертикальное перемещение судна относительно бурильной водоотделяющей колонны.
К нижней части турели 5 прикреплены стояночные оттяжки 11 для обеспечения стоянки судна 1 в нужном положении над скважиной.
При необходимости отхода от скважины судно 1 может перекрыть ее превентором 3 и подтянуть бурильную водоотделяющую колонну 7 после ее отсоединения от превентора 3. Однако подтягивание бурильной водоотделяющей колонны 7 занимает много времени.
При приближении крупного ледяного массива, такого как айсберг, судно 1 должно окончить бурение и удалиться, чтобы избежать возможного столкновения с ледяным массивом. Чтобы избежать излишне частых перемещений судна 1 и потерь ценного времени, судно 1 выполнено с возможностью отсоединения от бурильной водоотделяющей колонны 7 в верхней ее части. Конечно, для быстрого перемещения судна 1 могут иметь место другие причины.
Как показано на фиг.1b, по вертикали ниже основной линии судна или днища судна размещено разъединяющее устройство 13 для бурильной водоотделяющей колонны 7. Разъединяющее устройство 13 размещено ниже натяжного кольца.. В данном случае бурильная водоотделяющая колонна 7 может быть отсоединена от судна 1. Верхнюю часть разъединяющего устройства 13 подтягивают вверх к судну так, что она отделяется от нижней части или верхней части бурильной водоотделяющей колонны 7 соответственно. Тем не менее, нижняя часть турели 5 по-прежнему перемещается вокруг верхней части бурильной водоотделяющей колонны 7, поэтому судно 1 не может отойти.
На фиг.1с показана верхняя часть 5а и нижняя часть 5b турели 5. При откреплении нижней части 5b от верхней части 5а нижняя часть 5b будет погружаться в море, оставаясь при этом размещенной вокруг бурильной водоотделяющей колонны 7. Нижняя часть 5b турели 5 имеет плавучесть, обеспечивающую удержание по меньшей мере части стояночных оттяжек 11. Таким образом, вес стояночных оттяжек 11 будет тянуть нижнюю часть 5b вниз в море, например на пятьдесят метров. Так как нижняя часть 5b турели 5 остается размещенной вокруг бурильной водоотделяющей колонны 7, она продолжит поддерживать бурильную водоотделяющую колонну 7 сбоку и способствовать предотвращению ее опрокидывания. Вес стояночных оттяжек 11, которые частично лежат на морском дне, позволяет удерживать нижнюю часть 5b над скважиной даже в том случае, если бурильная водоотделяющая колонна 7 отклонена относительно нижней части 5b турели 5. Как показано на фиг.1с, нижняя часть 5b выполнена с возможностью погружения за поплавковым элементом (поплавковыми элементами) 9 для бурильной водоотделяющей колонны 7. Нижняя часть 5b предпочтительно выполнена с возможностью принимать такое положение равновесия, при котором она находится настолько низко, что это позволяет избегать столкновения со льдами.
Теперь судно 1 оказывается отсоединено от бурильной водоотделяющей колонны 7 и нижней части 5b турели 5, к которой прикреплены стояночные средства, и может отойти от скважины. Как описано выше, на выполнение этих операций требуется гораздо меньших времени, чем в случае полного втягивания бурильной водоотделяющей колонны 7 в судно 1. Поэтому в случае приближения айсберга будет больше времени до принятия решения о перемещении судна 1. Это позволит сэкономить время, а также избежать ненужных перемещений и перерывов в работе.
Разъединяющее устройство 13 предпочтительно размещено как описано выше, но может также быть размещено на бурильной водоотделяющей колонне 7 ниже. Возможно размещение разъединяющего устройства 13 между верхним положением в пределах нижней части 5b, когда она соединена с верхней частью 5а, и нижней частью непосредственно над положением равновесия нижней части 5b.
Особенно предпочтительно если нижняя часть 5b турели 5 проходит на некотором расстоянии ниже днища или основной линии судна 1. Тогда при использовании в водах с дрейфующими льдами нижняя часть 5b будет обеспечивать защиту бурильной водоотделяющей колонны 7 от льдов, которые могут перемещаться ниже корпуса судна 1. Например, нижняя часть может выступать в море на глубину на три метра ниже основной линии судна. Она может выступать вниз и больше, например, на пять метров или более.
На фиг.2а и 2b показана принципиальная конструкция судна 1 в соответствии с изобретением. Здесь судно 1 выполнено с возможностью осуществления добычи и содержит гибкие водоотделяющие колонны 15, проходящие от турели 105 до морского дна. С помощью способа, известного для добывающих судов, нижняя часть 105b турели 105 может быть откреплена от судна 1, погружена в море до положения равновесия, оставаясь соединенной со стояночными оттяжками 11 и гибкими водоотделяющими колоннами 15. Нижняя часть 105b предпочтительно погружена настолько глубоко, что она не контактирует со льдом, плавающим на поверхности воды, например, на 50 метров. Турель 105 может, как выше объяснено для турели 5 для случая бурения, аналогичным образом проходить на некотором расстоянии ниже основной линии судна 1 для обеспечения защиты от льда.
На 2а и 2b показано льдоотводящее устройство 17, проходящее вокруг турели 105. Льдоотводящее устройство 17 формирует юбку вокруг турели 105, проходящую несколько вниз от днища судна. Льдоотводящее устройство 17 имеет форму овала, в котором самая длинная ось параллельна продольной оси судна 1. Если на глубине льдоотводящего устройства 17 окажется лед, оно будет способствовать проведению льда мимо турели 105 и расщеплению ледяных масс. Таким образом оно будет способствовать защите гибких водоотделяющих колонн 15 и стояночных оттяжек 11. Льдоотводящее устройство 17 предпочтительно также выполняет ту же самую функцию, когда судно 1 используется для бурения как это описано выше.
Льдоотводящее устройство 17 может также иметь другие формы, например, с острым краем впереди и сзади. Льдоотводящее устройство 17 может предпочтительно проходить на 1,5-2 метра ниже основной линии судна 1, но может также проходить вниз на меньшее или большее расстояния.
Кроме того, на чертежах показан ледовый резак 19, размещенный на носу судна и выполненный с возможностью резки кусков встречного льда, проходящих внизу к ледовому резаку 19, а также отведения их к бортам судна. Таким образом, нос судна отличается тем, что он предотвращает проход льда под килем судна. Лед, сталкивающийся с носом судна, сначала будет разламываться на куски благодаря углу наклона носа относительно ватерлинии, затем будет отводиться относительно центральной продольной оси судна.
В соответствии с данным изобретением судно 1 имеет предпочтительно большую осадку. Это способствует предотвращению контакта льдов с добывающим или бурильным оборудованием, проходящим вниз от днища судна. Осадка судна составляет по меньшей мере десять метров. Предпочтительная осадка судна составляет по меньшей мере двенадцать метров, а наиболее предпочтительная по меньшей мере пятнадцать метров.
Нижняя часть 5b, 105b турели 5, 105 на судне 1 предпочтительно соединена с судном 1 с помощью механизма гидравлического запирания и раскрепления (не показано). Механизм гидравлического запирания и раскрепления должен иметь такие размеры, чтобы выдерживать полную ледовую нагрузку на продольные борта судна, составляющую обычно 3 000-10 000 метрических тонн. Водоизмещение нижней части турели 5b, 105b должно быть достаточным для удержания по меньшей мере частично стояночных оттяжек и водоотделяющих колонн (в случае прикрепления к турели/бую 105b). Такая нагрузка, как правило, может составлять от 2000 до 5000 метрических тонн.
Дополнительное профилирование корпуса судна
Ниже приведено описание особенно предпочтительной конструкции корпуса судна 1 в соответствии с изобретением. Как описано ниже, корпус судна 1 имеет конструкцию особенно предпочтительную для выполнения поворота судна 1, испытывающего воздействие плотного пакового льда, дрейфующего под углом относительно продольной оси судна.
На фиг.3а и 3b изображено судно 1 для бурения нефтяных и/или газовых скважин в соответствии с изобретением.
Впереди на судне 1 расположена турель 5, 105. Как описано выше, судно 1 поставлено на стоянку.
На фиг.3b представлена часть сечения борта судна, поперечного к продольному направлению судна 1. Корпус судна имеет нижнюю часть 1а, среднюю часть или ледовый пояс 1b и верхнюю часть 1с. Ледовый пояс 1b представляет собой ту часть корпуса судна, которая проходит вокруг судна по ватерлинии и в которой судно 1 подвергается ударам льда, плавающего в море.
Таким образом, ледовый пояс имеет некоторую вертикальную протяженность, т.к. плавающий лед может иметь разные размеры и форму, а судно 1 может иметь разную осадку. Как видно из фиг.3b, ледовый пояс 1b образует с ватерлинией угол α. Угол α предпочтительно составляет от 45° до 80°.
Судно 1 имеет нос и корму. Между носом и кормой судна 1 проходят два продольных борта. Судно имеет ледовый пояс с таким углом α на протяжении по меньшей мере 50% длины продольных бортов. Предпочтительно судно 1 имеет ледовый пояс с таким углом α по всей длине обоих продольных бортов.
Наличие у продольного борта выполненного таким образом ледяного пояса, приводит к тому, что лед, упирающийся в судно 1 под некоторым углом к его продольной оси, отталкивается ледовым поясом 1b вниз так, что происходит разламывание льда. Как явствует из приведенного далее описания, такое судно 1 будет иметь значительные преимущества при использовании в арктических регионах, в которых вокруг судна могут образовываться скопления значительных количеств льда.
На фиг.4a-4h изображено судно 1 в соответствии с настоящим изобретением, испытывающее воздействие пакового льда на поверхности моря. Как описано выше, судно поставлено на стоянку креплением в турели 5, 105. Для объяснения функционального принципа, реализуемого благодаря предпочтительной конструкции ледового пояса судна 1, обозначим дрейф льда в направлении, показанном стрелкой U, перпендикулярно одному из продольных бортов судна, как показано на фиг.4а. Лед будет сильно давить на судно 1 силами, которым противодействуют силы F, возникающие в стояночных средствах. Постепенно лед, сталкивающийся с продольным бортом судна, будет разрушаться вследствие указанного наклонного угла α, как описано выше. Лед будет продолжать дрейфовать к судну 1, и в результате с противоположного борта судна образуется узкая полоса открытой воды, как показано на фиг.4b.
Поскольку турель 5, 105 посредством которой судно 1 поставлено на стоянку, размещена на его носу, судно 1 будет поворачиваться, т.к. суммирование надавливания (U) со стороны льда с напряжением (F) в стояночных средствах создает поворачивающую силу, действующую на судно 1. Как видно из фиг.4с, судно 1 будет поворачивать свою корму так далеко, как только возможно в узкую полосу открытой воды в направлении дрейфующего льда (U).
На фиг.4d изображено продолжение этого процесса на следующем этапе, на котором ледоломный нос судна проталкивается навстречу дрейфующему льду (направление U дрейфа) и ломает его. При повороте вокруг турели 5, 105 судно в целом функционирует как плечо рычага. На фиг.4e-4h показано завершение указанного процесса, когда судно 1 в конце концов оказывается выровнено, так что его продольная ось параллельна направлению дрейфа льда. При дальнейшем дрейфе льда, ледоноломный нос судна будет постоянного ломать лед, а в стояночных средствах возникать значительно меньшее напряжение.
Этот процесс показывает, что предложенное судно 1, содержащее продольные борта с ледовым поясом, описанным ранее, пригодно для работы в водах, в которых возможно образование льда или его скопление вокруг судна 1. Суда, предназначенные для ведения упомянутых работ, как правило, имеют значительную длину относительно их ширины. Это приводит к возникновению значительных напряжений в стояночных оттяжках. На обычном буровом судне с вертикальными продольными бортами это приводит к значительно большим напряжениям в стояночных средствах, т.к. лед при столкновениях с продольными бортами не разрушается. Вместо этого лед приходится разрушать сжатием, требующим значительного сдавливания.
Следует отметить, что судно 1 в соответствии с изобретением не предназначено для значительного изменения своей осадки или вертикального положения при контакте со льдом. В отличие от других известных судов, таких, как полярное судно Fram, имеющее наклонные продольные борта и выполненное с возможностью выталкивания льдом, за счет значительно большего надавливания на борта судна.
Конечно, не обязательно, чтобы продольные борта судна 1 имели на всем протяжении ледовый пояс 1b с описанным углом α. Например, судно 1, имеющее ледовый пояс только на 50% протяженности продольных бортов при таком значении угла, также будет работоспособным. Тем не менее, это приведет к излишнему и нежелательному большому надавливанию на судно и напряжению в стояночных средствах.
Для обеспечения надлежащей реализации процесса, описанного со ссылкой на фиг.4a-4h, турель 5, 105 должна быть расположена на судне 1 в подходящем месте, показанном на фиг.5. Судно 1 отличается длиной между перпендикулярами (Lпп). В соответствии с изобретением положение турели 5, 105 на судне 1 предпочтительно отличается тем, что центральная ось турели расположена на расстоянии 0,15-0,45 Lпп к носу судна от середины Lпп. Кроме того, в том случае, если судно имеет параллельный пояс, центральная ось турели 5, 105 предпочтительно расположена перед ним.
Поэтому конструкция корпуса судна 1 и расположение турели 5, 105 оказываются такими, что в любое время результирующая ледовая нагрузка поворачивает судно 1 оптимальным образом, так что его продольная ось параллельна направлению дрейфа льда. Таким образом судно 1 оказывается пригодным для использования в водах, в которых возможно появление однолетних или многолетних паковых льдов.
Как описано выше, судно 1 предпочтительно имеет ледоломную конструкцию носа. Судно 1 также предпочтительно имеет ледоломную конструкцию кормы. Это окажется полезным в том случае, когда направление дрейфа льда будет меняться, например, на противоположное.
Кроме того, судно 1 предпочтительно имеет подруливающие средства, которые могут быть повернуты для обеспечения ориентации судна 1, а также для уменьшения напряжения в стояночных оттяжках 11.
На фиг.6 представлена принципиальная схема предпочтительной реализации соединительной системы в соответствии с изобретением. Турель 205а размещена на судне 201 таким образом, что судно 201 может быть повернуто вокруг центральной оси турели 205а. С нижней частью турели 205а соединен буй 205b. С буем 205b соединены стояночные оттяжки 211. Таким образом обеспечена стоянка судна 201 стояночными оттяжками 211 через буй 205b.
Через буй 205b проведены водоотделяющие колонны 215, которые собственными соединительными средствами 221 присоединены к турели 205а.
Для соединения буя 205b с турелью 205а используются запирающие устройства 223. Здесь запирающие устройства 223 представлены только схематически. Запирающими устройствами 223 предпочтительно являются крюки с гидравлическим приводом, которые для соединения турели 205а с буем 205b взаимодействуют с соответствующими стопорными болтами в буе 205b.
При стоянке судна 201 в арктических регионах воздействие ледяных масс на корпус судна может привести к возникновению больших сил между буем 205b и турелью 205а. В предпочтительном варианте реализации изобретения для защиты запирающего устройства 223 от таких сил в нижней части турели 205а размещен направляющий выступ 225. Когда буй 205b и турель 205а соединены друг с другом, направляющий выступ 225 проходит в соответствующую ответную по форму выемку 227 в буе 205b. Стенки в выемке 227 упираются в направляющий выступ 225 и поглощают большую часть боковых сил, возникающих между буем 205b и турелью 205а. Поэтому при экстремальных нагрузках от стояночных оттяжек 211 контакт направляющего выступа 225 с выемкой 227 не допускает слишком большого силового воздействия сбоку на запирающие устройства 223. Направляющий выступ 225 предпочтительно имеет концентрическую форму и может иметь диаметр предпочтительно 5-10 метров. Тем не менее, возможно использование других форм направляющего выступа, например, в виде многоугольника. В принципе, изобретение можно также реализовать с использованием небольших направляющих выступов или направляющих элементов, выполненных с возможностью поглощения боковых сил, возникающих между турелью 205а и буем 205b.
Буй 205b предпочтительно имеет плавучесть, позволяющую выдерживать по меньшей мере часть веса стояночных оттяжек 211 и водоотделяющих колонн 215. При отсоединении буя 205b от турели 205а он предпочтительно погружается в море до тех пор, пока не достигнет равновесного положения. При нахождении непосредственно под судном 201 буй 205b может иметь эффективный вес, например, 500-2000 тонн. Это означает, что при необходимости подтягивания буя 205b вверх к судну для соединения с турелью лебедка (лебедки) судна 201 должна (должны) обеспечить возможность подъема 500-2000 тонн до размещения буя 205b возле днища судна 201.
Для кругового уплотнения пространства 231 между турелью 205а и буем 205b, когда буй 205b соединен с турелью 205а, используется уплотнение 229. Уплотнение 229 предпочтительно имеет круглую форму и предпочтительно размещено снаружи соединительных средств 221 для водоотделяющих колонн 215 и запирающих устройств 223.
Когда буй 205b соединен с турелью 205а, буй 205b подтягивают вверх к турели 205а таким образом, что уплотнение 229 обеспечивает уплотнение вокруг пространства 231. В соединенном состоянии боковые силы, действующие между буем 205b и турелью 205а, отсутствуют или являются незначительными. Когда буй 205b подтягивают по направлению к турели 205b так, что уплотнение 229 обеспечивает уплотнение вокруг пространства 231, воду в пространстве 231 откачивают через выпускной канал (не показан). Таким образом, вода в пространстве 231 замещается воздухом, а давление в пространстве 231 предпочтительно становится приблизительно равным атмосферному давлению.
Перед откачиванием воды буй 205b предпочтительно механически соединяют с турелью 205а с помощью запирающих устройств 223. Гидростатическое давление ниже буя 205b будет гораздо больше давления в пространстве 231 над буем 205b. Буй 205b может быть размещен приблизительно на двадцать метров ниже поверхности моря. Давление в пространстве под буем будет составлять две атмосферы с учетом морской поверхности. Это давление выталкивает буй 205b вверх к турели 205а с усилием, равным площади поверхности уплотнении 229, умноженной на давление. При круглой форме уплотнения 229, имеющего диаметр например, двадцать метров, это направленное вверх усилие составляет 6300 тонн. Таким образом, в случае использования соединительной системы в соответствии с изобретением и как показано на фиг.6, запирающие устройства 223 и гидростатическое давление способствуют соединению буя 205b с турелью 205а.
Как упомянуто выше, когда массы льда наталкиваются на корпус судна 1, между буем 205b и турелью 205а возникают большие боковые силы.
Если бы для поглощения таких сил использовались запирающие устройства 223, выполненные, например, в виде крюков, взаимодействующих с болтами (не показаны), их бы пришлось выполнить неприемлемо большими. Также было бы проблематичным раскрепить это соединение, например путем вытягивания крюков из взаимодействия с болтами, поскольку на них воздействовали бы большие боковые силы. При откреплении буя 205b от турели 205а в соответствии с решением, относящимся к настоящему изобретению, обеспечивается возможность раскрепления запирающих устройств 223 перед раскреплением соединения буя 205b с турелью 205а. Как разъяснено выше, гидростатическое давление будет способствовать соединению буя 205b с турелью 205а даже в том случае раскрепления запирающих устройств 223. После раскрепления запирающих устройств 223 пространство 231 между буем 205b, турелью 205а и уплотнением 229 оказывается заполненным водой. Это заставит буй 205b погружаться, а направляющий выступ 225 выходить из взаимодействия с выемкой 227.
При значительных боковых силах между буем 205b и турелью 205а при раскреплении буя 205b и его погружении могут возникнуть значительные силы между поверхностями направляющего выступа 225 и выемки 227 могут привести к тому, что буй 205b. На фиг.7 показано особенно предпочтительное осуществление изобретения, учитывающее сказанное. В данном случае направляющий выступ 225 имеет коническую форму. Выемка 227 имеет соответствующий ответный по форму конический профиль. Когда буй 205b соединен с турелью 205а, направляющий выступ 225 и выемка 227 будут взаимодействовать друг с другом, как показано на фиг.6. В этом положении они будут схожим образом поглощать боковые силы. Когда происходит раскрепление соединения буя 205b с турелью 205а под действием больших боковых рабочих сил, буй 205b начинает погружается, и одновременно с эти стояночные средства 211 тянут его в стороны. Конусность направляющего выступа 225 и выемки 227 гарантирует в этом случае отсутствие возникновения между их соответствующими поверхностями слишком больших силы. Конусность предпочтительно определяют в соответствии с требуемым пороговым значением допустимых боковых оттягиваний стояночными средствами и допустимых усилий, возникающих между соответствующими поверхностями направляющего выступа 225 и выемки 227. Возможным диапазоном конусности может быть угол φ от 45 до 70° между горизонтальной плоскостью и поверхностью направляющего выступа 225 или выемки 227, как показано на фиг.7. Например, конусность может быть задана таким образом, что поверхности направляющего выступа 225 и выемки 227 не будут соприкасаться одна с другой во время раскрепления или могут соприкасаться одна с другой при определенном значении наибольшего усилия.
Кроме того, конусность может быть предпочтительной при креплении буя 205b к турели 205а, т.к. после этого направляющий выступ 225 и выемка 227 функционируют как направляющие средства для точного выравнивания буя 205b.
В описанной конфигурации буя 205b и турели 205а, буй 205b предпочтительно размещен с возможностью открепления от турели 205а, даже при нагрузках до 6000 тонн в боковом направлении и нагрузках до 4 000 тонн в вертикальном направлении. Тем не менее, изобретение не ограничено этими значениями, т.к. они естественным образом зависят от габаритов соединительной системы.
Описанная соединительная система, размещенная в соединении с судном 201, также может быть использована в соединении с турелью 5, 105, как описано в соединении с судном, как выше описано в других примерах осуществления изобретения.