ОТСОЕДИНЯЕМАЯ СИСТЕМА ТУРЕЛЬНОГО ПРИЧАЛА С УТЯЖЕЛЕННЫМ ПРИЧАЛЬНЫМ БУЕМ, НЕСУЩИМ ВОДООТДЕЛЯЮЩУЮ КОЛОННУ
DETACHABLE TURRET BERTH SYSTEM WITH WEIGHTED MOORING BUOY BEARING WATER-SEPARATION COLUMN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отсоединяемой системе турельного причала для судна. Такие системы включают в себя причальный буй и турельную конструкцию, установленную в буровой шахте судна, причем причальный буй закреплен якорем к морскому дну с помощью причальных тросов и имеет множество каналов, при этом каждый канал выполнен с возможностью размещения водоотделяющей колонны, турельная конструкция имеет приемный резервуар для размещения буя и одно или несколько фиксирующих устройств для фиксирования буя в приемном резервуаре, и вмещает множество трубопроводов, подлежащих соединению с водоотделяющими колоннами и установленных в каналах буя, при этом турельная конструкция установлена с возможностью вращения в буровой скважине судна посредством, по меньшей мере, одного опорного узла, установленного над уровнем моря.
Описание предшествующего уровня техники
Отсоединяемая система причала вышеописанного типа описана в патенте США №5823131. В этом патенте раскрыт отсоединяемый буй водоотделяющей колонны для монтажа только водоотделяющих колонн или линий водоотделяющих колонн, но к нему не присоединены якорные оттяжки. Этот буй водоотделяющей колонны может быть пристыкован внутри поворачиваемой турели, помещенной в буровую скважину плавучего судна, и несет водоотделяющие колонны, которые соединены с каналами, соединенными с возможностью съема с линиями добычи судна в положении над уровнем моря. Когда буй водоотделяющей колонны отсоединен от турели, он удерживается в море на глубине погружения с помощью груза, присоединенного к якорю-опоре буя, который может быть опущен вниз на морское дно или поднят вместе с турелью. Турель закреплена якорем непосредственно к морскому дну с помощью многочисленных якорных оттяжек, которые соединены с нижней частью турели. Когда буй водоотделяющей колонны освобожден, груз, соединенный с буем водоотделяющей колонны, оставаясь на морском дне, будет пришвартовывать буй водоотделяющей колонны и ограничивать перемещения водоотделяющей колонны в пределах допустимых границ. Кроме того, поскольку якорные опоры непосредственно соединены с турелью, буй водоотделяющей колонны имеет плавучесть, достаточную только для удерживания водоотделяющих колонн. Другой аспект известного буя водоотделяющей колонны заключается в том, что для пришвартовывания буя водоотделяющей колонны, извлекающий трос вытягивают вверх с помощью лебедки до тех пор, пока груз не соприкоснется с буем. Затем, буй и груз подвешивают вместе, причем груз соприкасается с дном буя водоотделяющей колонны, при этом буй водоотделяющей колонны и груз помещают внутри буровой шахты судна. Основная задача этой системы заключается в том, чтобы обеспечить подсоединение предварительно установленного буя водоотделяющей колонны перед установкой судна и подсоединением якорных оттяжек к турели. Эта система не работает как быстро отсоединяемая система, которая может быть использована в областях с циклонами или водах, заполненных льдом, поскольку якорные опоры остаются присоединенными к турели. Также подсоединение вместе и буя водоотделяющей колонны, и груза возможно только для относительно малых буев и грузов, но не для больших буев с большими присоединенными грузами, поскольку это потребует лебедки с мощностью, которая больше, чем мощность имеющихся в настоящее время лебедок. Кроме того, в известной системе якорного крепления существует риск создания больших разрывающих нагрузок в буксирующем тросе, который соединяет буй и лебедку.
В этой известной системе якорного крепления возможность повторного подсоединения буя к турели ограничена главным образом состоянием моря и мощностью лебедки.
Другая отсоединяемая система якорного крепления раскрыта в заявке на патент США №2007155259. Эта система включает в себя буй, который снабжен внешним коническим корпусом, при этом приемный резервуар конструкции турели имеет коническую форму, соответствующую внешнему коническому корпусу буя. Турельная конструкция включает в себя поворотный стол, несущий трубопроводы, которые подлежат соединению с водоотделяющими колоннами, при этом поворотный стол установлен на опорном узле с возможностью поворота относительно турельной конструкции, чтобы выравнивать трубопроводы с водоотделяющими колоннами только после того, как буй размещен и зафиксирован в приемном резервуаре турельной конструкции. В этой патентной публикации показано, что поворотный стол удерживается только с помощью основного узла верхней шарико-роликовой опоры турели. Этот узел включает в себя три взаимно подвижные части, которые соединены непосредственно друг с другом. Фактически этот узел верхней части турели состоит из двух шарико-роликовых опор, которые расположены непосредственно сверху друг друга и взаимно соединены посредством одного общего внутреннего элемента корпуса опоры. Этот известный верхний узел стал важной и главной частью турельно-якорной маневрирующей системы. Недостаток объединения турельной опоры и опоры манифольда в единую опорную конструкцию заключается в том, что если один или более роликовых шариков выйдет из строя, необходимо будет заменить весь узел, означая, что система турели не может больше функционировать как маневрирующая система. Эта замена не может быть осуществлена в открытом море, таким образом, что судно должно быть транспортировано на берег для ремонта.
Другой недостаток известной системы заключается в том, что очень тяжелый поворотный стол с несколькими крышками манифольда и вертлюгов всегда удерживается этим очень чувствительным узлом роликовой опоры. Следовательно, все большие статические и динамические силы и в радиальном, и в осевом направлениях, и моменты, получаемые от конструкции поворотного стола и окружающей среды, непосредственно передаются на эту важную систему ролико-шариковой опоры, которая известна как очень чувствительная к износу и усталости. Другой недостаток этой объединенной системы роликовой опоры заключается в том, что внутренний диаметр, обусловленный ограничениями при изготовлении, ограничен максимальным размером, составляющим только около 8 метров, таким образом, что он не подходит для больших отсоединяемых систем турель-буй, которые содержат, например, 20 или более водоотделяющих колонн, подсоединенных к бую.
Другой патентной публикацией, в которой описана отсоединяемая якорная система, которая снабжена двумя отдельными опорными системами, одна из которых используется только для вращения поворотного стола для выравнивания концов труб манифольда с концами водоотделяющей колонны присоединенного буя, является патент США №5651708. В этом патенте показан отсоединяемый буй, который снабжен опорной системой, которая остается с буем после его отсоединения. Буй подсоединен с возможностью вращения к буровой шахте судна ниже ватерлинии без использования турели. Дополнительная верхняя опорная система описана на уровне палубы, которая несет поворотный стол с манифольдом так, что после подсоединения буя непосредственно к буровой шахте судна поворотный стол может быть выравнен с водоотделяющими колоннами подсоединенного буя. Поворотный стол установлен на опорной системе таким образом, что даже во время добычи углеводородов через систему гибких трубопроводов, соединяющих манифольд и буй, поворотный стол может поворачиваться в любое время и быть выравненным с буем. Если угол скручивания в системе гибких трубопроводов между буем и поворотным столом превышен, поворотный стол поворачивается посредством присоединенного ведущего зубчатого колеса пары с приводом от двигателя в новое положение, нейтрализующее скручивание. Поэтому эта система не пригодна для отсоединяемых систем турель-буй, имеющих размеры, позволяющие принимать большое число водоотделяющих колонн, и не может быть использована, когда используется только система жестких трубопроводов для соединения водоотделяющих колонн и манифольда.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание быстро отсоединяемой и легко подсоединяемой системы причального буя, выполненной с возможностью несения множества водоотделяющих колонн, например, по меньшей мере, 20 водоотделяющих колонн и 10 составных шлангов (из отдельных трубопроводов). Дополнительной целью настоящего изобретения является создание системы турельного причала, которая надежна в работе и может быть легко и безопасно отсоединена и повторно подсоединена без риска возникновения больших разрывающих нагрузок. Еще одной целью настоящего изобретения является создание отсоединяемой конструкции буя турельного причала с улучшенной возможностью повторного подсоединения системы даже в суровых морских условиях, например, при значительной высоте волны до 6 метров. Следовательно, система согласно настоящему изобретению имеет преимущество в обеспечении высокой доступности системы при всех погодных условиях и в сокращении времени простоя перед повторным подсоединением даже при постоянных суровых условиях окружающей среды.
Сущность изобретения
Судно согласно настоящему изобретению содержит корпус, имеющий вблизи дна полость для размещения причального буя, подъемное устройство, размещенное на корпусе и содержащее кабель, проходящий через полость к грузу, расположенному под дном судна, причем причальный буй прикреплен к кабелю, несет якорные оттяжки, соединенные с морским дном, выполнен с возможностью размещения в полости для соединения с турелью, содержит центральный вал, через который проходит кабель, и подвижен относительно кабеля в направлении длины кабеля, при этом груз размещен на кабеле на буе или под ним, и стопор размещен на кабеле для зацепления с буем и для блокировки относительного перемещения буя и кабеля и прикреплен к кабелю рядом с верхним концом или нижним концом буя.
Груз, который действует на причальный буй во время отсоединения, не действует на буй во время подсоединения и подвешивания. Согласно настоящему изобретению буй не втягивается непосредственно путем буксировки кабелем. Буй выполнен с возможностью подъема вверх к полости за счет своей собственной плавучести, как только груз поднят с буя путем буксировки кабелем, соединенным с лебедкой, которая размещена на судне. Следовательно, кабель лебедки непосредственно поднимает груз, в то время как буй скользит вдоль буксировочного кабеля, который работает только как направляющий элемент для буя при его подъеме. Когда причальный буй поднимается, вертикальные движения буя могут управляться и ограничиваться стопором, который прикреплен к буксировочному кабелю. Вследствие этого нагрузки на кабель значительно снижены, при этом большой буй водоотделяющей колонны может быть подсоединен к судну, используя лебедки относительно среднего размера.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения буй содержит отделение плавучести, наполненное материалом плавучести. Отделение плавучести может быть открыто в окружающую среду для получения изменяемой плавучести, которая увеличивается с уменьшение глубины, или может содержать, например, цилиндры со сжатым воздухом.
Стопор может быть прикреплен к бую с помощью пружинного элемента для обеспечения дополнительного демпфирования нагрузок на буксировочный кабель, обусловленных перемещениями вертикальной качки судна.
Согласно настоящему изобретению можно использовать два отдельных опорных узла, предпочтительно рядом с уровнем палубы или на уровне палубы судна. Первый опорный узел представляет собой турельную опорную систему, которая, например, может состоять из опорной системы большого диаметра, верхней тележки (с или без радиальных направляющих колес) и, если требуется, нижней опорной системы с подушкой с низким коэффициентом трения для подсоединения турели с возможностью поворота к буровой шахте судна. Использование опор колес тележки учитывает турели большого диаметра и, следовательно, учитывает причальный буй большого диаметра, который подлежит подсоединению к этой турели.
Второй опорный узел согласно настоящему изобретению расположен между поворотным столом с манифольдом и турелью, принимая во внимание независимое вращение поворотного стола относительно турели и подсоединенного причального буя, так что гибкие линии манифольда и причального буя могут быть выравнены после подсоединения буя к турели. Эта процедура является очень важной, поскольку в суровых условиях необходимо подсоединить буй к турели, насколько это возможно быстро, без первоначального выравнивания концов гибких линий буя и турели, поскольку эта операция требует очень много времени. Эта вторая опорная система или опорная система поворотного стола не соединена непосредственно с опорной системой турели, но размещена на некотором радиальном и предпочтительно некотором осевом расстоянии от турельной опорной системы, таким образом, что определенные силы и моменты воспринимаются каждой определенной опорой. Опорная система поворотного стола предпочтительно представляет собой опорную систему колеса тележки.
Поскольку опорная система поворотного стола несет поворотный стол с возможностью вращения только временно во время выравнивания концов системы трубопроводов на манифольде и буе и удерживает поворотный стол непосредственно на турели без возможности поворота во всех других ситуациях, таких как во время добычи углеводородов из скважин через водоотделяющие колонны и соединенную систему трубопроводов, опора поворотного стола не подвержена большим нагрузкам, приводя к уменьшенным износу и дефектам, связанным с усталостью.
Выполнение отдельного опорного узла турели и поворотного стола в соответствии с изобретением имеет несколько преимуществ, потому что конструкция каждого опорного узла может быть оптимизирована для его конкретных функций. Дополнительное преимущество заключается в том, что работы по обслуживанию и ремонту для этих двух опорных систем теперь становятся легче, поскольку каждая опорная система может инспектироваться, обслуживаться и ремонтироваться независимо, оставляя другую систему на месте и в работающем состоянии. Также, когда используются опоры колеса тележки, колеса могут быть заменены в условиях открытого моря независимо друг от друга, в то время как опорные системы остаются работающими, что приводит к сокращению затрат и одновременно лучшему контролю безопасной работы всей системы. Опорная система поворотного стола используется только в тот момент, когда концы труб манифольда должны быть выравнены с концами труб буя, подсоединенного к турели, и фактически является временной опорной системой; как только процедура выравнивания выполнена, нет необходимости в том, чтобы эта опорная система работала дальше и переносила какие-либо нагрузки и моменты во время процесса добычи углеводородов.
Для расположения несущей конструкции манифольда в его поворотном положении она может быть поднята относительно турели (и турельной опоры) на маленькое расстояние в осевом направлении с помощью устройства смещения, где потом опорные элементы опоры манифольда опускают до вращательного контакта с турелью. Это устройство смещения затем опускает несущую конструкцию манифольда таким образом, что ее вес переносится на турель через элементы опоры вращающимся образом. В не вращающемся положении несущая конструкция манифольда может опираться на турель, в то время как элементы опоры втянуты в положение не нагруженной опоры.
В альтернативном варианте несущая конструкция манифольда может быть размещена в своем положении без возможности поворота с помощью устройства смещения, поднимающего несущую конструкцию манифольда таким образом, что элементы опоры выходят из зацепления с турелью, причем устройство смещения удерживает несущую конструкцию манифольда на турели без возможности поворота. Несущая конструкция манифольда приводится в свое положение с возможностью поворота путем опускания несущей конструкции таким образом, что она устанавливается на турель с помощью опорных элементов путем поворота.
Устройство смещения для подъема несущей конструкции манифольда может содержать один или несколько гидравлических цилиндров, размещенных между турелью и несущей конструкцией манифольда, и имеющих относительно малый рабочий ход, такой как, например, несколько миллиметров. В том случае, когда опорные элементы опоры манифольда образованы опорами колеса тележки, устройство смещения может быть интегрировано с колесами тележки опоры, при этом опускание колес с несущей конструкции на турель в осевом направлении заставляет несущую конструкцию манифольда подниматься с турели в свое поворотное положение.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения турельная опора размещена на некотором осевом расстоянии и на некотором радиальном расстоянии, составляющем, по меньшей мере 0,5 метров от опоры манифольда, при этом радиальное расстояние от линии центра турели больше для турельной опоры, чем для опоры манифольда. Размещая опору манифольда ближе к центральной линии турели, чем турельная опора, и на некотором осевом расстоянии выше или ниже турельной опоры, силы, действующие на опору манифольда во время выравнивания манифольда и подсоединенных трубопроводов на турель с соединениями водоотделяющих колонн на буе, могут быть эффективно отделены от сил, действующих на турельную опору. Диаметр турельной опоры может составлять, например, от 15 до 30 метров или больше, тогда как диаметр опоры манифольда может быть, по меньшей мере, на 1 м меньше. Поворот несущей конструкции манифольда может быть осуществлен с помощью приводного элемента, такого как один или более электрических двигателей, гидравлических приводных элементов или любого другого подходящего исполнительного механизма.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, турельная опора содержит опору колеса тележки. Турельная опора колеса тележки учитывает конструкцию турель большого диаметра, содержащую множество водоотделяющих колонн. Обслуживающие работы на одном или нескольких колесах опоры колеса тележки могут быть осуществлены в условиях открытого моря, в то время как турель остается в работающем состоянии. Опора манифольда может состоять из радиально-осевой опоры высокой точности с коваными или сегментированными дорожками качения, имеющей диаметр не более 8 м, но предпочтительно является опорой типа колеса тележки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения судно согласно настоящему изобретению содержит подъемное устройство, которое размещено на корпусе с кабелем, проходящими через полость к грузу, расположенному под дном судна, причем причальный буй прикреплен к кабелю, причальный буй несет якорные оттяжки, которые соединены с морским дном, выполнен с возможностью размещения в полости для подсоединения к судну, содержит центральный вал, через который проходит кабель, и подвижен относительно кабеля в направлении длины кабеля, при этом груз расположен на кабеле на буе или под ним, стопор выполнен на кабеле для зацепления с буем и для блокировки относительного перемещения буя и кабеля, и прикреплен к кабелю рядом с верхним концом буя или нижним концом буя.
Груз, добавленный к бую, заставляет буй погружаться на определенную заданную глубину под поверхностью воды после отсоединения от судна, например, при приближении айсберга в водах, заполненных льдом. Подъем буя к судну осуществляют с помощью буксировки груза, отстраненного кабеля, одновременно позволяя бую подниматься за счет своей собственной плавучести по направлению к полости для подсоединения. Путем подъема только груза, который отстранен от буя, не прикладывая к бую непосредственного усилия буксировки, буй будет подниматься на поверхность за счет своей собственной плавучести, как только груз поднят с буя с помощью буксировки кабеля, соединенного с лебедкой на судне. Это заставляет буй скользить вдоль буксировочного кабеля, который работает только как направляющий элемент для буя, когда он поднимается. Когда причальный буй поднимается, вертикальные перемещения буя могут контролироваться и ограничиваться с помощью узла стопор/пружина, который прикреплен к буксировочному кабелю. Эта система позволяет сократить нагрузки на кабель в суровых условиях открытого моря и позволяет поднимать буи водоотделяющей колонны большого размера, несущие множество водоотделяющих колонн и якорных оттяжек с помощью лебедки и кабеля ограниченного размера.
Краткое описание чертежей
Некоторые варианты осуществления судна, содержащего отсоединяемую систему турельного причала согласно настоящему изобретению будут подробно объяснены со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано следующее:
на фиг.1 показан вид в разрезе отсоединяемой системы турельного причала согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 показан изометрический вид системы по фиг.1;
на фиг.3 показан увеличенный элемент верхний части системы турельного причала, включающий в себя турельную опору турели и опору манифольда;
на фиг.4 показан погруженный причальный буй с мягкой камерой плавучести согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.5 схематично показан погруженный буй водоотделяющей колонны во время отсоединения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.6 схематично показан подъем погруженного буя водоотделяющей колонны согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.7а и 7b показаны альтернативные варианты осуществления отсоединения и подсоединения погруженного буя водоотделяющей колонны согласно настоящему изобретению;
на фиг.8а-8е показаны различные варианты осуществления погруженного буя водоотделяющей колонны и объединенного с ним груза согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан вид в разрезе отсоединяемой системы турельного причала согласно настоящему изобретению. Система включает в себя цилиндрическую турель 1, расположенную внутри цилиндрической буровой шахты 2 в корпусе 3 судна 14, которое может быть, например, плавучей платформой или плавучей установкой для добычи, хранения и отгрузки нефти. Система 4 турельной опоры, соединяющая и выравнивающая турель с буровой шахтой судна, содержит опору большого диаметра верхней тележки, расположенной рядом с уровнем палубы 40, и (если требуется) нижняя радиальная опора 5 с подушкой с низким коэффициентом трения, расположенный рядом с дном 41 корпуса 3.
Большая многопалубная верхняя конструкция 6 размещена на вершине турели 1 и вмещает в себя установку и промышленное оборудование, манифольды 7 систем трубопроводов и узел 8 вертлюга текучая среда/газ для подаваемых при добыче текучих сред, отводимых текучих сред и контрольных/химических составных шлангов. Манифольды 7 и узел 8 вертлюга установлены на несущей конструкции манифольда или поворотном столе 31. Поворотный стол 31 установлен с возможностью поворота на турели 1 с помощью опоры 32 манифольда, как можно видеть на фиг.3. Стальная рама 9 расположена над верхней частью конструкции и вокруг нее. Рама 9, которая соединена с судном, несет трубопровод, проходящий от узла 8 вертлюга для текучей среды к плавучей платформе, обеспечивает доступ к турели 1 с судна, приводит в действие поворотную часть вертлюга и несет панели. Конструкция турели позволяет проводить обслуживание и ремонт во время работы, что увеличивает ее доступность в течение всего срока службы.
Конический причальный буй 11 размещается в полости 42 рядом с дном 41 корпуса 3 и фиксируется в полости 42 без возможности поворота. Буй 11 прикрепляется якорем к морскому дну с помощью якорей-опор 10 и несет водоотделяющие колонны 12, проходящие из подводной скважины добычи углеводородов, такие как эксплуатационные водоотделяющие колонны или водоотделяющие колонны из составных шлангов.
Верхний конец каждого якоря-опоры 10 непосредственно соединен с шарнирным универсальным соединением 10' с низким коэффициентом трения на корпусе буя 11. Когда причальный буй 11 подсоединен к судну 14 или к плавучей платформе, палуба 50 водоотделяющей колонны буя на верхней части 49 буя поднята выше максимального уровня 43 осадки судна. Это обеспечивает то, что при всех условиях все оборудование для трубопроводов остается постоянно сухим для легкого доступа и обслуживания.
Причальный буй 11 имеет две различные функции. Во-первых, когда судно 14 соединено с буем 11, буй передает все якорные нагрузки якорных линий 10, которые соединены с его наружной оболочкой. Во-вторых, когда судно 14 отсоединено от буя 11, причальный буй опускается ниже на глубину на заданное расстояние ниже уровня моря и удерживает якоря-опоры 10 и водоотделяющие колонны 12 в этой погруженном положении. Заранее заданная глубина может составлять 30-50 метров ниже уровня воды, так что отсоединенный буй становится устойчивым под активной зоной волны. В водах, заполненных льдом и айсбергами, буй 11 может становиться устойчивым на расстоянии даже более, чем 100 метров ниже уровня воды, чтобы избежать любого контакта с айсбергами.
Причальный буй 11 содержит жесткую цилиндрическую оболочку с водонепроницаемыми внутренними перегородками, которые делят буй на отсеки. Центр буя содержит внутренний цилиндр 44 с толстыми стенками для размещения и направления буксировочного или соединительного кабеля 17, который прикреплен к лебедке 45. Верхняя часть буя 11 снабжена круглым соединительным кольцом 46, на котором могут фиксироваться соединительные защелки 26, которые размещены внутри турели. I-трубы 47 вставлены в центр буя для размещения водоотделяющих колонн и подводных составных шлангов 12 и заканчиваются на нижнем конце 48 во фланце, чтобы удерживать раструбы водоотделяющих колонн / составных шлангов. Ребра жесткости колен водоотделяющих колонн и раструбы защищены ото льда, дрейфующего под корпусом судна, с помощью конической юбки 13 на дне причального буя 11. В альтернативном варианте также может использоваться средство защиты ото льда типа юбки или заграждения, размещенного на дне 3 судна 14, чтобы защитить от попадания льда в буровую шахту 2, когда судно отсоединено от буя 11, или чтобы защитить буй 11 и водоотделяющие колонны 12, когда причальный буй соединен с турелью.
Плавучесть, необходимая удерживания буем 11 водоотделяющих колонн 12 и якоря-опоры 10 на уровне определенной глубины в отсоединенном состоянии, обеспечивается с помощью центральных отсеков и отсеков, размещенных по периферии буя, как можно видеть на фиг.2. Конструкционная сборка является такой, что она минимизирует контакт между периферией буя и частями турели во время отсоединения, таким образом, что отсутствует риск случайного затопления. Тем не менее водонепроницаемый буй разделен на отсеки для обеспечения достаточной плавучести в случае случайного затопления одного отсека.
Процедуру подсоединения и отсоединения причального буя 11 к полости 42 турели 1, показанной на фиг.1, осуществляют следующим образом.
Для повторного подсоединения судно 14 будет медленно приближаться к погруженному причальному бую 11 до зацепления плавающего троса захвата. Две секции буксировочного кабеля 17, верхняя часть которого намотана вокруг лебедки 45, затем зацепляют анкерами вместе и трос захвата удаляется. В случае повторного подсоединения в покрытых льдом водах соединение буксировочного троса будет осуществлено непосредственно в сухой части турельной буровой шахты 2. В этой ситуации судно 14 в сущности причаливает к погруженному бую. Тяговая лебедка 45 будет действовать, и причальный буй 11 медленно поднимается снизу судна в полость 42 буровой шахты 2 до тех пор, пока верхний фланец буя с соединительным концом 46 не будет контактировать с соединительным центратором. Стыковые хомуты 25 конструкционного соединительного устройства будут закрыты, и механические зажимные приспособления приводятся в действие. Судно 14 вновь прочно подсоединено и пришвартовано через турель 1 к якорям-опорам 10 причального буя 11.
Затем, несущая конструкция манифольда, или поворотный стол 31, будет разблокирована и поднята на маленькое расстояние в осевом направлении (например, на расстояние в несколько миллиметров) с помощью гидравлического домкрата 33. Элементы опоры 32 опускают так, что они удерживают поворотный стол 31 с возможностью поворота. Затем запускают двигатель 52 ориентирования поворотного стола. Путем медленного поворота поворотного стола 31 достигается правильная ориентация манифольда 7, когда концы труб манифольда 53, 54 выстраиваются по одной линии с концами 55, 56 водоотделяющей колонны причального буя. Эта операция контролируется с панели управления двигателя 52 и фактически будет управляться с нижней палубы манифольда. Как только достигнута правильная ориентация поворотного стола, поворотный стол 31 будет автоматически заблокирован, и временная система опоры поворотного стола 32 дезактивируется путем перемещения опоры 32 гидравлическим путем вверх в вертикальном направлении (например, на расстояние в несколько мм) так, что поднятый и ориентированный поворотный стол 31 снова опирается на турель без возможности поворота. Напорные трубопроводы, расположенные ниже по потоку своих гибких соединителей, которые взаимно соединяют концы 53, 54 труб и концы 55, 56 водоотделяющей колонны, будут опущены назад в их рабочие положения. Гибкие соединители будут закрыты и протестированы утечки. Как только открывают клапаны изоляции, эксплуатация может начинаться. Составные шланги соединяют, используя подобную процедуру.
Как показано на фиг.2, поворотная связь между маневрирующим судном 14 и причальным буем 11 содержит многочисленные комплекты колес тележек 4 для осевых нагрузок и радиальные колеса 30. Эта опорная система 4 выполнена и для осевых и радиальных нагрузок.
Турель 1, показанная на фиг.2, состоит из двух основных частей, нижней части турели и верхней части турели, которая включает в себя палубы манифольда для вертлюгов, систему трубопроводов и оборудование. Нижняя часть турели проходит от уровня 41 рядом с дном к верхней опоре 4 колеса тележки. Нижняя часть турели образована конструкцией цилиндрической/конической оболочки с кольцевыми ребрами жесткости, выполненными для сопротивления давлениям воды и взрывам и преодоления причальных усилия. Верхняя секция конструкции нижней части турели обеспечивает опору для опорной системы 4 колеса тележки и состоит из двух под-узлов, наружной несущей конструкции, соединенной с судном 14 с помощью конуса, и внутренней несущей конструкции, на которой привинчены рельсы 29 тележки.
Вес турели 1 и вертикальные нагрузки от якорей-опор 10, водоотделяющих колонн 12 и составных шлангов передается через верхнюю опору 4 колеса тележки и затем через опору колеса тележки на наружную несущую конструкцию, установленную на буровой шахте судна.
Многочисленные соединительные муфты 25 типа защелки устанавливают соединение причального буя 11 с турелью 1. Соединительные муфты 25 выполнены с возможностью передачи моментов, вертикальных и горизонтальных нагрузок. Гидравлические цилиндры 26 приводят в действие соединительные муфты 25, при этом система винт/двигатель-редуктор используется в качестве механической блокирующей системы. Каждое соединительное устройство может быть приведено в действие индивидуально, когда буй подсоединен для проверки, обслуживания или ремонта.
Повторное подсоединение буя 11 к полости 42 достигается путем подъема причального буя 11 с кабелем 17 установки, который проходит через полую стальную направляющую деталь 44 в центре камеры 7 манифольда. Причальный буй 11 подсоединяют, не обращая какого-либо определенного внимания на его ориентацию. Только после того как судно 14 было прочно пришвартовано к бую 11, поворотный стол 31 со всем турельным манифольдом 7 поворачивают, чтобы он совпал с ориентацией системы трубопроводов на буе. Тот факт, что весь манифольд 7 может быть ориентирован относительно турели 1, позволяет избежать выполнения выравнивания системы трубопроводов манифольда с системой трубопроводов причального буя на важном этапе повторного подсоединения, когда буй 11 удерживается от лебедки 45 подсоединения и еще не пришвартован прочно к турели 1.
Центр турели 1 образует приемный резервуар для причального буя 11 и на дне заканчивается цилиндрической полой конструкцией, которая несет нижний опорный узел турели. Этот нижний опорный узел состоит из комплекта опорных подушек 5 с низким коэффициентом трения, изготовленных из самосмазывающегося материала и установленных на наружной коробке нижней части турели, и радиальных стопоров 28. Опоры 5 размещены в радиальной схеме для создания сопротивления горизонтальным силам причальной системы, одновременно позволяя турели 1 поворачиваться внутри буровой шахты 2. Подушки являются самоориентирующимися и могут быть проинспектированы и удалены на месте за счет доступа в нижнюю часть турели.
На фиг.3 показана система 4 верхней опоры и опорная система 32 поворотного стола по настоящему изобретению более детально. Поворотный стол 31 несет палубы манифольда верхней части турели и узел вертлюга с возможностью поворота. Поворотный стол может быть поднят (на несколько мм) гидравлическим путем с помощью гидравлического домкрата 33 так, что опорная система 32 может быть активирована и удерживать поворотный стол на турели с возможностью поворота, который необходим только для выравнивания манифольда с системой трубопроводов уже подсоединенного буя. Для поворота поворотного стола 31 для выравнивания система приводного двигателя 52 поворотного стола выполнена, например, с помощью системы механизма реечной передачи типа, который подобен известным приводным системам для поворота турели. Эта временно приведенная в действие опорная система 32 поворотного стола предпочтительно содержит опору колеса тележки, имеющую, по меньшей мере, три комплекта колес тележки, смещаемых вертикально гидравлическим путем, но также может содержать любую другую известную систему, включая системы шарикоподшипников со скользящими подушками и т.д. После выравнивания поворотный стол может быть снова опущен (на несколько мм) на турель путем дезактивирования колес тележки, смещаемых вертикально гидравлическим путем, при этом и поворотный стол 31, и турель могут быть блокированы и скреплены вместе в этом положении с помощью гидравлического домкрата 33.
На фиг.4 показан подводный буй 11 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Цель причальной системы согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения - облегчить подъем погруженного буя 11, используемого как отсоединяемая якорная система для судна 14 путем его совмещения с изменяемым резервуаром 15 плавучести. Функция изменяемой плавучести достигается путем использования сжимаемого вещества, такого как воздух, более легкого, чем вода, и с помощью модуля меньшей вместимости. Вещество, содержащееся в резервуаре 15, выравнивает его давление с гидростатическим давлением путем непосредственного контакта (будучи находящимся в контейнере, который находится в прямом контакте с морем) или с помощью деформируемой мембраны, частей, наполненных воздухом, поршня и т.д. Будучи более сжимаемым чем вода, объем вещества и, следовательно, смещение объема резервуара 15 зависит от глубины, на которой резервуар размещен. Исходное количество вещества, которое должно быть помещено в резервуар 15, определяют для полной или частичной компенсации для системы якорение/водоотделяющие колонны изменение подвешенного груза относительно глубины. Когда буй отсоединен от судна и погружен, гидростатическое давление, действующее на резервуар, возрастает и объем вещества уменьшается, как это схематично показано на фиг.4. Плавучесть резервуара 15 становится меньше, и буй продолжает погружаться до достижения равновесия с другими вертикальными силами, действующими на буй (вес груза, подвешенный груз системы якорение/водоотделяющие колонны).
Когда буй поднимается из его отсоединенного положения покоя, давление, оказываемое на вещество, снижается, при этом объем вещества увеличивается, создавая большую плавучесть и снижая усилие выталкивания, необходимое для поднятия буя и его системы якорение/водоотделяющие колонны.
Следовательно, нагрузки, действующие на лебедку, уменьшаются по сравнению с традиционными системами, позволяя повторное подсоединения причального буя с меньшей динамикой и при сильном волнении моря.
Большое предварительное натяжение в кабеле повторного подсоединения при повторном подсоединении обусловлено изменением в подвешенных цепях/водоотделяющих колоннах в ходе повторного подсоединения. Это изменение может находиться в диапазоне, составляющем, например, 600 тонн. Наличие резервуара 15 с изменяемой плавучестью в буе 11 согласно настоящему изобретению позволяет повторно подсоединить буй и обслуживать буй в подсоединенном состоянии при уменьшенном предварительном натяжении. Следовательно, изменение в подвешенном грузе может быть компенсировано путем изменения объема.
Однако этот резервуар 15 с изменяемой плавучестью, введенный в буй 11, может быть недостаточным для погружения буя достаточно глубоко и достаточно быстро, например, для предотвращения столкновения с айсбергом. В настоящем изобретении предложено также прикрепление груза 16 с помощью кабеля 17 к бую 11.
На фиг.5 показана система во время отсоединения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Система согласно настоящему изобретению разработана специально для отсоединения при приближении айсберга. После последующего повторного подсоединения или после исходной установки турель должна быть подготовлена к отсоединению. Если определено, что айсберг находится на непосредственном пути для местонахождения установки, и принято решение отсоединить, напорные трубопроводы будут промыты, после чего клапаны, расположенные выше по потоку и ниже по потоку от соединителя, будут закрыты.
Короткая длина системы трубопроводов ниже по потоку соединителя будет поднята после того, как место верхнего соединения будет освобождено для образования зазора между буем и принимающей его полостью в туреле. Составной шланг будет одновременно отсоединен, используя похожую процедуру. При окончательном решении об отсоединении механические замки соединителя будут освобождены, и соединитель будет открыт. Причальный буй 11 будет затем освобожден от судна и будет медленно погружаться в воду на заданную глубину. Судно может отплыть от приближающегося айсберга, при этом буй 11 размещен на достаточной глубине (например, приблизительно 100 метров ниже поверхности) для предотвращения контакта с айсбергом.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.5, плавучесть буя 11, масса груза 16, расположенного под ним при отсоединении, и длина кабеля 17 обеспечивают погружение буя на требуемую глубину. В показанном варианте осуществления настоящего изобретения длину кабеля 17 регулируют таким образом, что буй 11 достигает своей целевой глубины, когда груз 16 касается морского дна 19, хотя рассматриваются другие варианты осуществления настоящего изобретения, в которых груз 16 остается свободным от крепления к морскому дну. Эта конфигурация гарантирует превосходную устойчивость в отсоединенном состоянии, при этом предварительное натяжение в присоединенном состоянии с прикрепленным грузом позволяет бую упасть в течение короткого разрешенного времени. В этой конфигурации использование сжимаемого резервуара 15, введенного в буй 11, может быть обеспечено для регулировки плавучести в подсоединенном и в отсоединенном состоянии.
На фиг.6 показана система во время подсоединения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Тяговая лебедка 20 размещена на центровой линии турели 1 на конструкции 7 манифольда. Лебедка 20 подлежит использованию для буксировки буя 11 внутрь турельной буровой шахты 2 во время повторного подсоединения. Лебедка для хранения может быть размещена рядом с тяговой лебедкой, чтобы принять трос подсоединения буя (не показано). Лебедка с соединенным шкивом также используется для зацепления водоотделяющих колонн 12 и составных шлангов.
Для повторного подсоединения буя 11 груз 16 поднимают с помощью лебедки 20 подсоединения вместо буя 11, как это делается для традиционных систем. За счет действия его положительной плавучести буй 11 может свободно подниматься с помощью того же самого количества груза 16, которым он был поднят. Следовательно, «подъем» буя 11 управляется с помощью подъема груза 16. Фактически кабель 17 лебедки поднимает непосредственно груз 16 предварительного натяжения, в то время как буй 11 скользит вдоль кабеля 17. Вертикальные движения буя контролируются и ограничиваются с помощью стопора 21, прикрепленного на кабеле 17 лебедки. Контакт между стопором 21 и буем 11 является непосредственным (см. фиг.8а) или он сглажен пружинами 22 для обеспечения плавного перехода груза между лебедкой 20 и буем 11, как показано на фиг.8b-8d.
Теоретически буксировка буя 11 приблизительно подобна только подъему груза 16. Когда судно 14 поднимается, груз 16 и стопор 21 следуют за ним. Буй может свободно подниматься с помощью своей собственной положительной плавучести. Когда судно опускается, стопор 21 входит в контакт с буем, передавая нагрузку лебедки 20 на буй, управляя его подъемом. Если лебедка 20 становится в процессе слабой, пиковая нагрузка, когда судно снова идет вверх, имеет ограниченную амплитуду, поскольку она ограничена только массой груза 16. Конфигурации, в которых груз 16 прикреплен к бую 11 через пружинные элементы (фиг.8b-8d), помогает ограничить амплитуду нагрузок захвата путем плавной передачи нагрузок между лебедкой 20 и буем 11. Разъединение становится эффективным, если жесткость пружины 22 является маленькой по сравнению с кабелем 17 лебедки. Исследования чувствительности в отношении жесткости пружины показали, что отношение 1/10, то есть ~1000 килоньютонов/м для кабеля лебедки с 10000 килоньютон/м является рабочим порядком для величины.
Путем подъема только относительно малого груза 16 предварительного натяжения во время повторного подсоединения буя 11, настоящее изобретение обеспечивает очень эффективный путь для того, чтобы повторно подсоединить буй, имеющий значительный размер и несущий множество водоотделяющих колонн, и позволяет использовать основную лебедку, которая имеет подъемную мощность, которая сравнима с подъемной мощностью барабанных лебедок, которые известны и доступны в техники.
Система согласно настоящему изобретению может быть также снабжена пружинным буем 18 для облегчения веса якорей-опор 10 и для использования «как стопоры спуска», чтобы управлять глубиной спуска и стабилизацией отсоединенного причального буя.
Другое преимущество этой системы заключается в том, что она отключает гидродинамику буев от нагрузок лебедки, отдавая приоритет функциональному размеру над гидродинамической оптимизацией.
На фиг.7а и 7b показаны альтернативные варианты отсоединения/подсоединения буя 11 согласно настоящему изобретению. Основное отличие по сравнению с известными решениями заключается в том, что для груза 16 не требуется касаться морского дна 19, чтобы пришвартовать отсоединенный буй водоотделяющей колонны, потому что причальный буй также снабжен якорными оттяжками 10, которые удерживают отсоединенный буй горизонтально на месте. Груз 16 использован только для облегчения, контроля и упрощения подсоединения и отсоединения причального буя. Дополнительные грузы 23 могут быть добавлены на каждую якорную оттяжку 10, как показано на фиг.7а и 7b. В этом варианте осуществления настоящего изобретения длина кабеля 17 может быть отрегулирована так, что буй 11 достигает своей установленной глубины, когда грузы 23 касаются морского дна 19. Эта конфигурация гарантирует те же преимущества, что и показанная на фиг.5. Повторное подсоединение буя 11 согласно этим вариантам осуществления настоящего изобретения следует той же процедуре, что показана на фиг.6.
Как отмечалось ранее, на фиг.8а-8е показаны различные варианты осуществления отсоединяемого буя с объединенным предварительно натянутым грузом 16.
На фиг.8а и 8е проиллюстрированы случаи, когда контакт между стопором 21 и буем 11 является непосредственным. На фиг.8е груз 16 подвешен под буем 11 и имеет форму длинной тяжелой цепи 24. На фиг.8b-8d проиллюстрированы случаи, в которых контакт стопора 21 и буя 11 смягчен пружинами 22 для обеспечения плавной передачи нагрузки между лебедкой и буем 11. На фиг.8b пружина 22 расположена на вершине буя 11 между стопором 22 и буем 11. На фиг.8с пружина размещена внутри буя в полом канале, где кабель 17 также проходит через буй 11. В этой конфигурации стопор 22 расположен под буем 11. На фиг.8d груз 16 не подвешен под буем, как показано на фиг.8а, 8b, 8c и 8е, но расположен внутри буя с пружинным средством 21 над грузом и под грузом, причем стопор 21 расположен под буем 11. Эти варианты осуществления настоящего изобретения не являются ограничивающими и любое сочетание этих показанных вариантов осуществления настоящего изобретения также может быть осуществлено. Например, вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.8е, может быть модифицирован путем смягчения контакта между стопором 21 и буем 11 с помощью пружин.