РАЗЪЕДИНЯЕМАЯ СИСТЕМА ШВАРТОВКИ
DISENGAGEABLE MOORING SYSTEM

Изобретение относится к разъединяемой системе швартовки, содержащей судно с выносной опорой, поддерживающей с возможностью отсоединения систему водоотделяющих колонн, причем система водоотделяющих колонн имеет верхний корпус, прикрепленный к выносной опоре с помощью захватных средств, выполненных с возможностью отсоединения.
При добыче нефти в море плавучие добывающие установки, такие как, например, суда, используются для приема потоков, выходящих из подводных скважин. Для соединения подводных скважин с плавучими добывающими установками обычно используются системы водоотделяющих колонн, содержащие гибкие водоотделяющие колонны и верхний корпус. В большинстве случаев такие плавучие добывающие установки постоянным образом ставятся на якорь на месторождении до его истощения. Однако в некоторых случаях из-за погодных условий, таких как ураганы, может стать необходимым, чтобы плавучая нефтедобывающая установка временно покинула месторождение до улучшения погодных условий. В этом случае плавучая добывающая установка останавливает добычу, клапаны на скважинах закрываются, и система водоотделяющих колонн отсоединяется от установки. Система водоотделяющих колонн остается на месторождении до окончания шторма.
В этом случае важно, чтобы была установлена правильная конфигурация системы водоотделяющих колонн так, чтобы она не получила каких-либо повреждений.
Также важно, чтобы собственно система отсоединения и оставления водоотделяющей колонны имела конструкцию, обеспечивающую безопасное отсоединение системы водоотделяющих колонн от плавучей добывающей установки. Обычно это осуществляется с помощью лебедки, которая опускает более или менее обладающий плавучестью концевой соединительный узел системы водоотделяющих колонн (верхний корпус системы водоотделяющих колонн) в воду. После этого трос лебедки отсоединяется от лебедки.
Пример разъединяемой системы швартовки вышеуказанного типа раскрыт в патенте США номер 5041038.
При изменении условий и технологии добычи нефти в направлении увеличения морских глубин и в направлении использования большего размера и более тяжелых гибких водоотделяющих колонн, а также увеличение использования динамически позиционируемых, изменяющих свое положение под действием погодных условий, оставаясь закрепленными на якоре, плавучих добывающих установок, совокупная нагрузка, которую прикладывает система водоотделяющих колонн на отсоединяющее оборудование, становится очень большой. Изменяющие свое положение под действием погодных условий, оставаясь закрепленными на якоре, установки, как правило, не имеют достаточного пространства, чтобы можно было использовать индивидуальные соединители, а большие глубины и системы водоотделяющих колонн большого размера также предполагают значительный вес средств обеспечения плавучести, которые должен нести соединитель и которые в итоге нужно опустить за борт.
Все вышеизложенное приводит к тому, что лебедка, используемая для подтягивания и присоединения системы водоотделяющих колонн к плавучей добывающей установке, как правило, способна опустить систему водоотделяющих колонн только очень медленно, с линейной скоростью, подобной скорости подтягивания. Так как обычно во время отсоединения высота волн будет большей, чем во время подтягивания, малые скорости отсоединения означают, что существует значительная вероятность того, что из-за действия волн отсоединяющиеся элементы будут мешать или сталкиваться друг с другом. Это является нежелательным, так как ведет к повреждению как плавучей добывающей установки, так и верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн.
С другой стороны, в то время как для достижения быстрого отделения было бы идеальным полностью свободное падение, оно становится невозможным из-за того, что большой вес верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн, если его отсоединять в режиме свободного падения, будет заставлять нижележащие части отдельных водоотделяющих колонн испытывать сжатие и даже изгиб.
Причиной этого является тот факт, что в то время как средства отсоединения, включая средства обеспечения плавучести верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн, предпочтительно располагаются над водой, остальные части водоотделяющих колонн располагаются главным образом в воде и поэтому не могут из-за сопротивления, создаваемого окружающей водой, перемещаться достаточно быстро, чтобы соответствовать перемещению верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн.
Известна разъединяемая система швартовки, содержащая судно с выносной опорой, поддерживающей систему водоотделяющих колонн с возможностью отсоединения, причем система водоотделяющих колонн имеет верхний корпус, который с помощью отсоединяющих захватных средств прикреплен к выносной опоре и дополнительно присоединен к выносной опоре с помощью тормозного устройства для временного управления скоростью движения вниз верхнего корпуса после отсоединения захватных средств, причем тормозное устройство содержит первый конец, постоянно присоединенный к одному из верхнего корпуса или выносной опоры, и второй конец, с возможностью отсоединения присоединенный к другому из верхнего корпуса или выносной опоры (см. WO 02092423 А1, 21.11.2002).
При отсоединении захватных средств верхний корпус системы водоотделяющих колонн перемещается с ускорением вниз под действием гравитации. Однако тормозной элемент будет ограничивать данное ускорение таким образом, чтобы получить управляемую скорость движения вниз верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн. В соответствующий момент (например, когда верхний корпус системы водоотделяющих колонн опустится в позицию, в которой он начинает приобретать некоторую плавучесть в окружающей воде) второй конец тормозного устройства отсоединяется, так что система водоотделяющих колонн полностью отсоединяется от опоры.
Целью настоящего изобретения является создание разъединяемой системы швартовки, обеспечивающей автоматическое отсоединение системы водоотделяющих колонн от выносной опоры при приобретении системой большей или меньшей собственной плавучести в воде.
Согласно изобретению создана разъединяемая система швартовки, содержащая судно с выносной опорой, поддерживающей с возможностью отсоединения систему водоотделяющих колонн, имеющую верхний корпус, присоединенный к выносной опоре посредством отсоединяющихся захватных средств и посредством тормозного устройства для временного управления скоростью движения вниз верхнего корпуса после отсоединения захватных средств, причем тормозное устройство содержит гидроцилиндр, цилиндр которого постоянно присоединен к верхнему корпусу, а поршень которого с возможностью отсоединения присоединен к выносной опоре.
Поршень гидроцилиндра с возможностью отсоединения может быть присоединен к выносной опоре с помощью блокировочных средств, способных разблокироваться при достижении поршнем предварительно заданной выдвинутой позиции относительно цилиндра.
Блокировочные средства могут разблокироваться только механическим способом.
Блокировочные средства могут содержать захват с двумя поворотными захватными лапами, которые при их расположении внутри цилиндра способны зацепляться с ответной частью и при достижении самой широкой части цилиндра способны отцепляться от ответной части.
Блокировочные средства могут разблокироваться с использованием электрических или электронных средств, таких как, например, датчики.
Поршень может вытеснять экологически безопасную текучую среду, такую как ингибированная вода, через выпускное отверстие в направлении окружающей атмосферы.
Выносная опора может иметь поворотный стол, и верхний корпус системы водоотделяющих колонн может быть прикреплен к поворотному столу.
Выносная опора может проходить наружу от корпуса судна или над буровой шахтой в корпусе судна.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание разъединяемой системы швартовки, обеспечивающей автоматическое отсоединение системы водоотделяющих колонн от выносной опоры, как только система получает большую или меньшую собственную плавучесть в воде.
Далее изобретение будет проиллюстрировано со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 схематично показывает соединенные судно и систему водоотделяющих колонн.
Фиг.2 показывает в увеличенном масштабе подробный вид в разрезе соединенных судна и системы водоотделяющих колонн.
Фиг.3 показывает пример разблокировки тормозного устройства.
Фиг.1 показывает плавучее судно 1, удерживающее свою позицию в море 2 с помощью, например, движущих средств 22. К данному судну прикреплена выносная опора 3, предпочтительно над водой, которая поддерживает гибкие водоотделяющие колонны 4 на их верхнем конце. Другой конец водоотделяющих колонн крепится известным способом к морскому дну 5.
Фиг.2 показывает более подробно предпочтительный вариант воплощения выносной опоры 3. Выносная опора 3 оснащена поворотным столом 6, который может поворачиваться больше чем на 360 градусов в обе стороны с помощью подшипникового узла 7.
Верхний корпус 8 системы водоотделяющих колонн прикреплен к поворотному столу с помощью быстродействующих захватов 9. Верхний корпус состоит из плавучего корпуса 10. Водоотделяющие колонны 4 прикреплены своими верхними соединителями к трубопроводу 11 внутри плавучего корпуса. Трубопровод 11 присоединен к трубопроводу 12, который в свою очередь присоединен к узлу вертлюга 13 для передачи текучей среды. Узел вертлюга для передачи текучей среды присоединен к трубопроводу 23 на палубе судна. Между трубопроводом 11 и трубопроводом 12 расположено устройство 14 быстрого отсоединения потока.
Внутри плавучего корпуса 10 верхнего корпуса 8 системы водоотделяющих колонн размещен гидроцилиндр 15. Цилиндр гидроцилиндра 15 постоянным образом присоединен к плавучему корпусу 10.
Когда верхний корпус 8 системы водоотделяющих колонн подсоединен к поворотному столу 6 с помощью захватов 9, поршень 16 гидроцилиндра 15 присоединен к опорному элементу 17 на поворотном столе 6 стальным тросом 18. Стальной трос 18 имеет прочность, достаточную для удержания полного веса системы водоотделяющих колонн, включая верхний корпус 8 и водоотделяющие колонны 4.
Соединение поршня 16 с опорным элементом 17 с помощью стального троса 18 является только одним из возможных соединений. Также возможно, например, непосредственное крепление поршня 16 к опорному элементу 17 на поворотном столе 6.
После отсоединения устройства 14 быстрого отсоединения потока и перемещения быстродействующих захватов 9 в нерабочее положение, верхний корпус 8 будет двигаться с ускорением вниз под действием гравитации, однако будет замедляться тросом 18, тянущим к себе поршень 16 гидроцилиндра 15. Текучая среда, содержащаяся в гидроцилиндре, которой предпочтительно является ингибированная вода, а не гидравлическая жидкость, при этом сжимается весом всей системы водоотделяющих колонн. Эта текучая среда затем выпускается в окружающую атмосферу через отверстие 19, расположенное вблизи верхнего конца цилиндра. Отверстие 19 имеет предварительно заданную площадь поперечного сечения и форму вдоль направлений потока текучей среды, проталкиваемой через него, поэтому скорость потока текучей среды через данное отверстие ограничивается величиной, которая прямо зависит от площади поперечного сечения и формы отверстия. Соответственно данная скорость потока непосредственно определяет объем текучей среды, удаляемой из цилиндра в любой временной диапазон, и поэтому определяет скорость осевого перемещения поршня 16. Таким образом, путем подбора соответствующих характеристик отверстия 19 скорость «свободного падения» системы водоотделяющих колонн может быть ограничена любой требуемой величиной.
Конечно, когда тормозное устройство отпускается другим способом, например с помощью снабженного тормозом лебедочного механизма, могут быть выбраны другие размеры для получения требуемой скорости «свободного падения» системы водоотделяющих колонн. Однако в настоящее время вариант воплощения, в котором тормозное устройство содержит гидроцилиндр, представляется наиболее предпочтительным.
Предпочтительно поршень 16 имеет такой ход, что верхний корпус 8 опускается в позицию, в которой он начинает получать некоторую плавучесть в воде, когда поршень находится в его максимально выдвинутом положении. В этом месте верхний корпус 8 будет отсоединен от его несущего троса 18 путем изменения состояния захвата 20. Захват 20 открывается автоматически, когда поршень 16 находится вблизи конца своего хода, как показано на фиг.3.
Захват 20 может иметь различную конструкцию, на фиг.3 показан только один вариант его конструкции, в котором захват содержит две губки или лапы, которые принудительно удерживаются закрытыми, охватывая ответную часть 24 (прикрепленную к тросу 10), с помощью окружающей трубы 21 на большей части ее хода. На ее верхнем конце труба расширяется, что дает возможность оттянуть захват 20 в открытое положение (фиг.3с) путем натяжения троса 18 и прекращения сдерживающего воздействия трубчатой стенки 21.
Вышеописанный вариант воплощения захвата 20 по существу формирует блокировочные средства, действующие только механически. Отметим, однако, что такие блокировочные средства также могут разблокироваться, используя другие средства, такие как, например, электрические или электронные средства, которые могут содержать датчики, которые определяют подходящую для этого позицию верхнего корпуса системы водоотделяющих колонн (например, путем определения позиции поршня внутри корпуса цилиндра).
Предпочтительно цилиндр гидроцилиндра 15 размещен внутри верхнего корпуса 8, так как это позволяет обеспечить наиболее легкое физическое сопряжение всех элементов. Однако ясно, что данное изобретение может также применяться, имея корпус цилиндра, размещенный на поворотном столе 6.
Изобретение может также быть применено для разъединяемых систем швартовки, в которых и якорные цепи, и гибкие водоотделяющие колонны присоединяются к отсоединяемому буйку.
Хотя в описанном выше предпочтительном варианте воплощения используется поворотный стол 6, отметим, что настоящее изобретение также распространяется на разъединяемые системы швартовки, в которых выносная опора не имеет такого поворотного стола, а верхний корпус системы водоотделяющих колонн непосредственно крепится захватами к выносной опоре.
Дополнительно необходимо отметить, что хотя на чертежах была показана выносная опора, которая проходит наружу от корпуса судна, настоящее изобретение также применимо для ситуации, в которой судно содержит выносную опору, которая проходит над так называемой буровой шахтой, в корпусе судна.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами воплощения, в которые могут быть внесены много изменений, не выходя за пределы объема изобретения, определенного в формуле изобретения.