РАЗЪЕМНАЯ ТУРЕЛЬНАЯ ШВАРТОВНАЯ СИСТЕМА
DETACHABLE TURRET MOORING SYSTEM

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к конструкции турели для разъемной турельной швартовной системы, к разъемной швартовной системе, к судну, содержащему турельную конструкцию, и к способу швартовки судна с использованием разъемной турельной системы.
Предпосылки к созданию изобретения
Разъемные турельные швартовные системы известны, например, из WO2007/077126.
Разъемные турельные швартовные системы содержат швартовный буй и конструкцию турели. Швартовный буй закреплен на морском дне с помощью якорных ног. Турельная конструкция, имеющаяся на судне, имеет гнездо для приема элемента буя и одно или более устройств для запирания буя для запирания элемента буя в гнезде.
Турельная конструкция может быть внутренней турельной конструкцией или внешней турельной конструкцией. Внутренняя турельная конструкция расположена внутри корпуса судна, в шахте для спуска и подъема оборудования судна. Гнездо сформировано как отверстие в дне или рядом с дном судна, обращенное вниз. Внешняя турельная конструкция расположена вне корпуса судна. Внешняя турель закреплена подходящими соединительными элементами к носовой или кормовой части судна.
Швартовный буй может двигаться вверх и вниз, т.е. из положения временного хранения на безопасной глубине под поверхностью воды (например, 30-200 м), в положение швартовки рядом с поверхностью или на поверхности воды, где он может быть принят в гнездо и соединен с судном.
Сама турельная конструкция соединена с судном, но удерживается с возможностью вращения в шахте для спуска и подъема оборудования судна, позволяя судну менять ориентацию под влиянием ветра, волн и течений. Система швартовного буя может разъединяться и вновь соединяться с конструкцией турели по мере необходимости, тем самым образуя разъемную турельную швартовную систему.
Турельная швартовная система содержит систему перемещения флюида, позволяя транспортировать углеводородные флюиды, например, создавая путь движения флюидов между судном и подводной скважиной через турельную конструкцию и швартовный буй.
Турельная конструкция может содержать первую часть системы перемещения флюида, а швартовный буй может содержать вторую часть системы перемещения флюида. Турельная конструкция содержит пути движения флюида и магистраль турели может соединяться с соответствующими патрубками буя для создания одного или более пути движения углеводородного флюида.
Во время соединения швартовного буя с конструкцией турели важно выставить обе части системы перемещения флюида на одной оси, чтобы обеспечить правильность соединения системы перемещения флюида.
Это может достигаться путем вращения турельной конструкции относительно судна перед подсоединением швартовного буя. Согласно прототипу в разъемных турельных швартовных системах такое выравнивание приходится проводить во время критической фазы, непосредственно перед запиранием швартовного буя в гнезде турельной конструкции.
В WO 2007/077126 показано альтернативное решение. Это решение заключается в соединении швартовного буя без какого-либо особого учета его ориентации. Только после того, как судно будет надежно соединено со швартовным буем, поворотный стол, который установлен на турельной конструкции и вращающийся относительно турельной конструкции, начинает вращаться для выставления манифольда турели на одной оси с водоотделительными колоннами, которые соединены с буем, когда элемент буя вставлен и заперт в гнезде турельной конструкции.
Согласно другой заявке WO 2009/141351 только после надежной швартовки судна с помощью его турели к швартовному бую поворотный стол, который поддерживает палубу манифольда турели и комплект вертлюгов, поддерживается гидравликой, которая поднимает поворотный стол на несколько миллиметров, чтобы позволить ему вращаться. Кроме того, для вращения поворотного стола для выставления манифольда турели и манифольда буя на одной оси имеются особая система подшипников турели и система приводного двигателя турели.
После выставления на одной оси поворотный стол можно опустить (на несколько миллиметров) на турель, отключив гидравлику. Повернутый и выставленный по оси поворотный стол и турельная конструкция могут быть заперты относительно друг друга и зафиксированы в этом положении.
Тот факт, что полный манифольд турели можно ориентировать относительно турельной конструкции и швартовного буя после соединения позволяет избежать необходимости выполнять выставление манифольда турели на одной оси с манифольдом буя во время критического этапа соединения элемента буя с конструкцией турели.
Однако в этих системах требуется управлять большой массой, которая во время вращения генерирует очень высокие моменты трения и требует относительно прочного, дорогого и неточного механического выставляющего устройства.
Другие варианты, в которых применяются поворотные столы, описаны в US 2007/155259 и US 5651708. Однако эти известные швартовные системы являются относительно сложными и подверженными неисправностям. Например, согласно WO 2009/141351 необходимо тяжелое и сложное гидравлическое оборудование для подъема поворотного стола.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание турельной швартовной системы, в которой отсутствует необходимость выставления манифольда турели на одной оси с манифольдом буя во время критического этапа соединения элемента буя с конструкцией турели и которая, в то же время, не требует подъемного средства, способного перед операцией поднимать полный вес манифольда турели, включая конструкцию, трубопроводы, механическое оборудование.
Краткое описание изобретения
Согласно настоящему изобретению предлагается турельная конструкция для разъемной турельной швартовной системы по п. 1 формулы изобретения.
Согласно этому варианту достигается преимущество, заключающееся в том, что выставление системы перемещения флюида может осуществляться после того, как швартовный буй будет заперт в турельной конструкции и судно будет пришвартовано к морскому дну через подсоединенный швартовный буй. Таким образом выставка осуществляется после критической процедуры соединения без необходимости во вращении поворотного стола или в подъеме поворотного стола.
Кроме того, промежуточный соединительный элемент является автономным элементом, поддерживающим систему запирания буя. Он позволяет изготавливать независимо и устанавливать на швартовный буй для испытаний перед тем, как он будет интегрирован в турельную конструкцию.
Для привода промежуточного соединительного элемента можно использовать приводной механизм. Приводной механизм может быть относительно небольшим и дешевым, поскольку ему требуется только преодолеть момент максимального сопротивления, особенно по сравнению с относительно тяжелым подъемным средством, требующимся в соответствии с WO 2009/141351.
Кроме того, имеется возможность относительно легкого изготовления и пробной установки промежуточного соединительного элемента на буй, что требует относительно небольших расходов на берегу на верфи или в сухом доке, прежде чем промежуточный соединительный элемент будет интегрирован в турельную конструкцию. Это тоже позволяет снизить или исключить подъем тяжелых и сложных конструкций, что было обычной операцией в предшествующем уровне техники.
Кроме того, интеграция такой конструкции и ее упрощенной несущей конструкции позволяет точно выставить концентричность турельной конструкции и швартовного буя с промежуточным соединительным элементом, что на известных системах достигается только с помощью дорогой машинной обработки. За счет промежуточного соединительного элемента, произведенного отдельно от турельной конструкции, появляется возможность произвести его пробную установку на вершину швартовного буя и убедиться в правильности центрирования промежуточного соединительного элемента и связанной с ним системы запирания относительно швартовного буя. Когда промежуточный соединительный буй и швартовный буй будут подогнаны друг к другу, промежуточный соединительный элемент помещают в турельную конструкцию. Путем центрирования промежуточного соединительного элемента относительно турельной конструкции обеспечивается правильное центрирование швартовного буя относительно турельной конструкции. Промежуточный соединительный элемент в итоге удерживается в центральном положении, например, путем установки каких-либо регулируемых рессор или нанесением полимерного вещества или смолы в положение поддерживающей подушки подшипника.
Другое преимущество заключается в том, что устройства запирания буя можно легко менять, т.е. нужно лишь заменить промежуточный соединительный элемент, без необходимости в регулировке всей турельной конструкции.
Краткое описание чертежей
Далее следует описание вариантов, являющихся только примерами, со ссылками на приложенные схематические чертежи, на которых соответствующие позиции обозначают соответствующие детали и на которых:
Фиг. 1А - эскиз турельной швартовной системы, установленной на судне.
Фиг. 1В - увеличенный фрагмент фиг. 1А.
Фиг. 2 - эскиз другого варианта турельной швартовной системы, установленной на судне.
Подробное описание
На фиг. 1а-1b и 2 приведены эскизы турельной швартовной системы 1, содержащей швартовный буй и турельную конструкцию, установленную на судне 2, которое, например, может быть плавучей добывающей платформой (FPU) или плавучей системой добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO). Судно 2 содержит корпус 16, имеющий вертикальное цилиндрическое отверстие, проходящее от палубы до дна 17, которое образует шахту 18 для спуска и подъема оборудования.
Судно 2 содержит турельную конструкцию 3, в которой турельная швартовная система 1 подвешена с возможностью вращения или поддерживается корпусом 16 судна 2. Турельная швартовная система 1 содержит турельную конструкцию 3, которая расположена в шахте 18 для спуска и подъема оборудования, и швартовный буй (6).
На одной из палуб турельной конструкции (3) установлено подъемное устройство 26, содержащее трос 19, показанный на фиг. 1а-b и 2, который проходит через центральную шахту 24, выполненную в швартовном буе 6 или, альтернативно, который может быть непосредственно соединен с верхней частью швартовного буя (не показано).
Кроме того, подшипниковая система 21 турели соединяет и выравнивает турельную конструкцию 3 относительно судна 2. Турельная швартовная система 1 в целом поддерживается судном 2 с возможностью вращения. Турельная швартовная система 1 может вращаться относительно судна 2, позволяя судну 2 менять ориентацию вокруг турельной конструкции 3 после того, как был подсоединен швартовный буй 6, или ориентировать швартовную турельную конструкцию 3 относительно швартовного буя 6 без необходимости перемещения судна 2.
Кроме того, турельная конструкция 3 содержит промежуточный соединительный элемент 4. В одном варианте турельная конструкция 3 содержит гнездо 5 для приема швартовного буя 6, но, альтернативно, такое гнездо 5 может отсутствовать (не показано).
В альтернативном варианте (не показан) гнездо 5 может быть прикреплено непосредственно к промежуточному соединительному элементу 4. Швартовный буй 6 несет якорную систему 27, которая содержит по меньшей мере одну якорную ветвь 22, которая соединена с морским дном 23. Швартовный буй 6 выполнен с возможностью приема в гнезде 5 для соединения с турельной конструкцией 3.
Промежуточный соединительный элемент 4 содержит систему 7 запирания буя. Специалистам известны многочисленные варианты систем 7 запирания, такие как множество гидравлических зажимов или центральный сборный коллектор. Система 7 запирания буя на фиг. 1а-b и 2 показана схематически.
Турельная конструкция 3 содержит турельный манифольд 8, содержащий трубу для перемещения флюида, которую после выставления по оси можно соединять с соответствующей трубой 9 перемещения флюида на буе для создания пути движения флюида между турельной конструкцией 3 и швартовным буем 6.
Промежуточный соединительный элемент 4 поддерживается с возможностью вращения турельной конструкцией 3 и турельным манифольдом 8 так, чтобы промежуточный соединительный элемент 4 мог вращаться вместе со швартовным буем 6 относительно турельной конструкции 3, т.е. после запирания швартовного буя 6, чтобы трубопровод турельного манифольда и трубопровод буя можно было выставить на одной оси.
Промежуточный соединительный элемент 4 расположен между турельной конструкцией 3 и швартовным буем 6, когда они соединены. После отсоединения швартовного буя 6 промежуточный соединительный элемент 4 остается прикрепленным к турельной конструкции 3.
Для вращения промежуточного соединительного элемента 4 вместе со швартовным буем 6 относительно турельной конструкции 3, на промежуточном соединительном элементе 4 имеется запирающая система 7 с по меньшей мере одним устройством запирания буя.
Как понятно специалистам запирающим устройством может быть любое известное запирающее устройство, например, описанное в патенте US 5529521 или в заявке WO 0189919.
Когда швартовный буй 6 входит в гнездо 5, он направляется и предварительно центрируется в гнезде 5 благодаря конической форме и отбойным элементам 11 на внутренней поверхности гнезда 5 и благодаря тянущей силе троса соединяющей лебедки подъемного устройства 26. Когда запирающее устройство активировано и запирает швартовный буй 6, промежуточный соединительный элемент 4 и швартовный буй 6 скрепляются друг с другом и могут совместно вращаться относительно турельной конструкции 3 внутри гнезда 5. Однако турельная конструкция 3 может не быть оборудована гнездом 5, и в этом случае швартовный буй входит непосредственно в турельную конструкцию 3.
Промежуточный соединительный элемент 4 и гнездо 5 далее могут содержать отбойные элементы 11, поглощающие удары швартовного буя при его входе в гнездо 5.
Кроме того, как показано на фиг. 1а-b и 2, имеется приводной элемент 15 для вращения промежуточного соединительного элемента 4 относительно турельной конструкции 3. Приводной элемент 15 расположен между промежуточным соединительным элементом 4 и турельной конструкцией 3. Приводной элемент 15 может быть электродвигателем или механическим устройством любого подходящего типа, предназначенного для приведения в действие зубчатой передачи и может содержать приводной механизм в форме мотор-редуктора или толкающую/тянущую систему поддомкрачивания.
Зубчатая передача, образованная зубчатым венцом 20, расположенным по окружности промежуточного соединительного элемента 4, может содержать зубчатое колесо или шестерню, которую может приводить во вращение приводной элемент 15. Зубчатое колесо или шестерня находится в зацеплении с соответствующей зубчатой частью приводного элемента 15 или с соответствующим устройством толкающей/тянущей системы поддомкрачивания на приводном элементе 15.
Турельная конструкция 3 может далее содержать турельную запирающую систему 25, выполненную с возможностью непосредственно запирать промежуточный соединительный элемент 4 с присоединенным швартовным буем 6 относительно турельной конструкции 3 после правильной и окончательной выставки турельного манифольда 8 и флюидной трубы 9 буя. Турельная запирающая система 25 может содержать систему пальцев или может работать путем крепления или блокирования приводного элемента 15 (см. ниже).
После завершения выставки флюидных труб и запирания турели относительно промежуточного соединительного элемента 4 и подсоединенного буя 6 можно создать путь движения флюида между трубами турельного манифольда и трубами перемещения флюида на буе (включая водоотделительные колонны, подсоединенные к бую).
На фиг. 2 показана турельная приводная система 28, расположенная между судном 2 и турельной конструкцией 3. Турельная приводная система 28 может использоваться для вращения турельной конструкции 3 относительно судна 2. Согласно прототипу такая турельная приводная система 28 может использоваться для предварительной ориентации турельной конструкции 3 относительно швартовного буя 6 перед соединением.
На фиг. 1и 2 показано, что промежуточный поддерживающий элемент поддерживается турельной конструкцией 3 через соответствующие подшипники 12, 13, 14.
Подшипники могут быть радиальными подшипниками 12, позволяющими совершать вращательное движение промежуточного соединительного элемента 4 относительно турельной конструкции 3 и поддерживать промежуточный соединительный элемент 4 концентрично с турельной конструкцией 3.
Подшипники далее могут содержать нижний осевой подшипник 14 для поддержки промежуточного соединительного элемента 4. Осевой подшипник 14 может быть установлен между обращенной вниз частью промежуточного соединительного элемента 4 и обращенной вверх частью турельной конструкции 3.
Подшипники могут содержать еще один верхний осевой подшипник 13 для ограничения подъема промежуточного соединительного элемента 4 во время соединения с швартовным буем 6. Подъем может возникнуть, когда швартовный буй 6 входит в гнездо 5 со слишком большой скоростью, например, из-за волн и бросков судна 2, а также во время повторного соединения, когда буй подтягивается подъемным устройством 26 к промежуточному соединительному устройству. Такой дополнительный осевой подшипник 14 может быть установлен между обращенной вверх частью промежуточного соединительного элемента 4 и обращенной вниз частью турельной конструкции 3.
Альтернативно верхний осевой подшипник 13 можно заменить на структурный упор. Это можно делать в ситуациях, когда во время вращения промежуточного соединительного элемента 4 не возникает подъема или в ситуациях, когда прерывание вращения во время подъема допустимо.
Согласно настоящему изобретению предлагается турельная швартовная система 1, в которой отсутствует необходимость выставлять трубы 9 буя относительно турельного манифольда 8 во время фазы соединения или по меньшей мере до запирания швартовного буя 6 в гнезде 5. Выставку выполняют без применения поворотного стола и после критической фазы, т.е. после того, как швартовный буй будет заперт на турельной конструкции 3 через промежуточный соединительный элемент.
После того, как швартовный буй будет полностью втянут в гнездо 5 турельной конструкции 3 и войдет в контакт с верхними отбойными элементами 11, система 7 запирания буя активируется, т.е. закрывается для соединения швартовного буя 6 с промежуточным соединительным элементом.
Швартовный буй 6 заякорен на дне 23 моря якорными линиями 27, имеющими определенную стойкость к моменту (жесткость), что приводит к некоторому вращательному возвратно-поступательному движению. Турельная конструкция 3 соединена с судном 2 через турельную подшипниковую систему 21 и может запираться на судне любым подходящим средством. Турельная конструкция 3 обладает сопротивлением к моменту, создаваемым трением в турельных подшипниках и вертлюгах для флюида (не показаны), на фиг. 1а-b и 2 обозначенным позицией А, относительно судна 2. Промежуточный соединительный элемент имеет относительно небольшое сопротивление моменту трения относительно турельной конструкции 3, показанное на фиг. 1а-b и 2 позицией В (подшипники 12, 13, 14). Якорная система 27 обладает сопротивлением моменту (жесткостью) относительно дна моря, которое на фиг. 1 и 2 показано позицией С.
Для того, чтобы выставить турельный манифольд 8 и трубы 9 буя на одной оси, в варианте по фиг. 1а-b после запирания буя 6 на промежуточном соединительном элементе 4, приводной элемент 15 приводят в действие, чтобы создать момент для вращения промежуточного соединительного элемента 4 вместе с подсоединенным швартовным буем 6 относительно турельной конструкции 3 и судна 2. Во время этой первой фазы промежуточный соединительный элемент 4 вращается, а турельная конструкция 3 не вращается относительно судна 2 из-за трения в турельной системе 21 подшипников. Фактически приводной элемент 15 сначала вращает промежуточный соединительный элемент 4 и подсоединенный швартовный буй 6 относительно турельной конструкции 3, пока сопротивление моменту якорной системы 27 не превысит сопротивление А моменту турельной системы 21 подшипников.
Эта точка может быть достигнута после поворота на определенный угол, когда сопротивление моменту якорных ветвей 27-22 увеличивается, когда буй 6 поворачивается. За этой точкой во время второй фазы процедуры выставки вращением турельная конструкция 3, подвешенная на судне 2 на турельной системе 21 подшипников, начинает вращаться относительно судна 2 и относительно комбинации соединительного элемента 4 и швартовного буя 6.
На обеих фазах процедуры выставки промежуточный соединительный элемент 4 вращается относительно турельной конструкции 3 на подшипниках 12, 13, 14, когда швартовный буй 6 заперт на промежуточном соединительном элементе 4. Таким образом, турельный манифольд 8 в турельной конструкции 3 и трубы 9 буя поворачиваются относительно друг друга, пока не будут выставлены на одной оси.
Если на первой фазе достигнут правильный результат выставки, вращение останавливают до наступления второй фазы. Обе системы труб для флюида теперь выставлены и можно завершить процесс запирания буя, то есть положение промежуточного соединительного элемента 4 и буя 6 относительно турельной конструкции 4 фиксируется и можно создавать путь движения флюида между турельным манифольдом 8 и трубами 9 буя.
Альтернативная процедура выставки по варианту, показанному на фиг. 2, заключается во вращении турельной конструкции 3 и судна 2 относительно друг друга. Для вращения турельной конструкции 3 между турельной конструкцией 3 и судном 2 имеется приводная система 28 турели.
Для выставки турельного манифольда 8 на одной оси с трубами 9 буя после запирания швартовного буя 6 на промежуточном соединительном элементе 4, приводная система 28 турели приводит во вращение турельную конструкцию 3 относительно судна 2. На первой фазе турельная конструкция 3 вращается относительно судна 2 вместе с промежуточным соединительным элементом 4 и швартовным буем 6. Из-за трения в подшипниках промежуточного соединительного элемента 4 этот промежуточный соединительный элемент 4 и присоединенный швартовный буй 6 вращаются вместе с турельной конструкцией 3 относительно судна 2.
При дальнейшем вращении сопротивление С моменту якорной системы 27 увеличивается и в определенной точке превосходит сопротивление подшипников промежуточного соединительного элемента 4, основанное на трении. Промежуточный соединительный элемент 4 вместе с присоединенным швартовным буем 6 больше не вращаются вместе с турельной конструкцией 3, и теперь промежуточный соединительный элемент 4 начинает поворачиваться относительно турельной конструкции 3. Эта точка может быть достигнута через определенный угол вращения, который зависит от жесткости якорных ветвей 22. На второй фазе процедуры выставки, турельный манифольд 8 и трубы 9 буя поворачиваются относительно друг друга и, следовательно, могут быть выставлены по одной оси.
Преимущество варианта, описанного со ссылками на фиг. 2, заключается в том, что система 28 привода турели также может использоваться для грубой предварительной выставки турельной швартовной системы относительно швартовного буя 6, когда судно 2 приближается к швартовному бую 6.
После завершения выставки (но перед тем, как будет создан путь движения флюида между турельным манифольдом и трубами буя) промежуточный соединительный элемент 4 можно запереть на турельной конструкции 3 для предотвращения любого дальнейшего вращения. Это можно делать, если трение в подшипниках промежуточного соединительного элемента 4 относительно турельной конструкции 3 недостаточно велико, чтобы предотвратить вращение. Такое запирание может выполняться подходящей системой 25 запирания турели, например, образованной множеством вертикальных выдвижных пальцев, установленных на турельной конструкции 3 и которые могут частично выдвигаться в соответствующие углубления или пазы в промежуточном соединительном элементе 4 или в швартовном буе 6, чтобы непосредственно запереть турельную конструкцию 3 и швартовный буй 6.
Следует понимать, что можно также создать турельную швартовную систему, содержащую приводной элемент 15 для вращения промежуточного соединительного элемента 4 относительно турельной конструкции 3 и турельный приводной элемент 28 для вращения турельной конструкции 3 относительно судна 2, промежуточного соединительного элемента 4 и швартовного буя 6.
Вышеприведенное описание является иллюстративным, но не ограничивающим. Таким образом, специалистам понятно, что в описанное изобретение можно вносить изменения, не выходящие за пределы объема приложенной формулы изобретения.
Позиции на чертежах
1 - разъемная турельная швартовная система
2 - судно
3 - турельная конструкция
4 - промежуточный соединительный элемент
5 - гнездо
6 - швартовный буй
7 - система запирания буя
8 - турельный манифольд
9 - трубы перемещения флюида буя
10 - запирающее устройство
11 - отбойные элементы
12 - радиальный подшипник
13 - верхний осевой подшипник
14 - нижний осевой подшипник
15 - приводной элемент
16 - корпус
17 - дно корпуса
18 - шахта для спуска и подъема оборудования
19 - трос
20 - зубчатый венец
21 - система подшипников турели
22 - якорные ветви
23 - дно моря
24 - центральная шахта
25 - запирающая система турели
26 - подъемное устройство
27 - якорная система
28 - приводная система турели