СПОСОБ УКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА С СУДНА (ВАРИАНТЫ) И СУДНО ДЛЯ УКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ)
VESSEL FOR PIPELINE LAYING (VERSIONS) AND METHOD OF PIPELINE LAYING FROM SAID VESSEL (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу укладки трубопровода с судна и к судну для укладки трубопровода. Изобретение, в частности, но не исключительно, относится к вариантам размещения наклонных мостков вдоль траектории укладки трубопровода, которые служат направляющими для трубопровода.
Уровень техники
При укладке трубопровода в море обычно применяют один из двух способов: либо способ S-образной укладки, либо способ J-образной укладки. Эти два способа названы в соответствии с общей формой, приобретаемой трубопроводом при укладке. При S-образной укладке труба выходит из судна под малым наклоном либо без наклона по отношению к горизонту, приобретает более крутой уклон в воде, а затем на дне моря возвращается по существу в горизонтальное положение. При J-образной укладке труба выходит из судна с крутым уклоном или вертикально, и уклон постепенно уменьшается до тех пор, пока труба не примет по существу горизонтальное положение на дне моря. По мере увеличения интереса к глубоководной укладке трубопроводов наибольшей привлекательностью стала пользоваться J-образная укладка, поскольку труба естественным образом принимает вертикальное или близкое к вертикальному положение на удалении от морского дна.
Однако J-образная укладка не является предпочтительной при работе на менее глубоководных участках, где естественная траектория трубопровода лишь иногда отклоняется на небольшой угол по мере укладки трубы на морское дно, и поэтому предпочтительной является S-образная укладка. S-образная укладка может применяться при больших глубинах в случаях, когда для укладываемого трубопровода может быть обеспечена поддержка с судна до тех пор пока его уклон относительно горизонта не достигнет относительно большой величины. Это, однако, требует опор значительной длины из-за ограничений на радиус изгиба трубопровода, особенно в случае трубопроводов больших диаметров.
Одним из подходов при разработке судна, обеспечивающего укладку по S-образной схеме, является выполнение судна полупогружаемым и снабжение его сдвоенным килем. Подобная конструкция описывается, например, в патенте США №4257718 (дата публикации - 24.03.1981). Другой подход к разработке судна, осуществляющего укладку по S-образной схеме, заключается в применении однокорпусного судна, например, такого, как показан в патенте США №5823712 (дата публикации 10.10.1998).
Преимуществом полупогружаемого судна со сдвоенным килем является то, что оно обеспечивает создание среды для укладки трубопровода с относительно малым креном, а также существенное пространство на судне с обеих сторон маршрута укладки центральной трубы (известного специалистам в данной области техники под названием "участок сварочных работ"). Однако повышенная ширина такого судна и его относительно большая осадка являются недостатками по сравнению с однокорпусным судном.
При укладке труб малого диаметра иногда предпочтительно использовать заранее изготовленный большой отрезок трубопровода, намотанный на катушку, которая разматывается при укладке, но для трубопроводов большого диаметра обычно производят формирование трубопровода из отдельных отрезков трубы, длина каждого из которых обычно составляет около 12 м. В этом случае желательно из отдельных отрезков трубы сваривать предварительно изготавливаемые участки трубы (также называемые в данном документе "состыкованные секции трубы"), состоящие, например, из двух, трех или четырех отдельных отрезков трубы, а затем приваривать предварительно изготовленные участки трубы к краю трубопровода по мере его укладки. Подобная процедура позволяет повысить скорость укладки по сравнению с последовательным привариванием каждого отдельного отрезка трубы к краю трубопровода в процессе укладки. Таким образом, существует потребность в размещении на судне сварочных площадок и другого оборудования для подготовки и сварки предварительно изготавливаемых участков трубы.
Подобные рабочие площадки предпочтительно устанавливают с шагом, соответствующим длине предварительно изготавливаемого участка трубы; за счет чего можно осуществлять подачу трубопровода на длину предварительно изготовленного участка, при которой каждая рабочая площадка оказывается у соответствующего стыка между отрезками трубы. Чем больше рабочих площадок можно установить по длине траектории укладки трубопровода, тем меньшую работу необходимо выполнять на каждой площадке и, следовательно, тем выше общая скорость укладки трубопровода.
В качестве ближайшего аналога настоящему изобретению выбрана заявка WO 2008/107186 А1 (дата публикации 12.09.2008). В этой заявке раскрыто однокорпусное судно, которое обеспечивает гибкость и дает особые преимущества при S-образной укладке трубопроводов. В этом судне на конце траектории укладки трубопровода на судне установлены шарнирно закрепленные мостки, которые служат направляющими для трубопровода при его сходе в воду.
К нижнему краю внутренних мостков возможно присоединение внешних мостков или стингеров для направления трубопровода с более крутым уклоном при выходе его с судна вниз по направлению к морскому дну.
Задачей настоящего изобретения является разработка судна для укладки трубопровода и способа укладки трубопровода, которые дают дополнительные преимущества по сравнению с судами и способами, описанными выше. Более конкретно, способ укладки трубопровода с судна и судно для укладки трубопровода по настоящему изобретению обеспечивают эффективное выполнение трубоукладочных операций для широкого диапазона размеров труб как на малых, так и на больших глубинах, причем на больших глубинах обеспечивается укладка труб меньшего диаметра. Кроме того, судно может работать на очень малых глубинах. Также расположение внутренних мостков внутри защищенной кормовой зоны позволяет использовать судно в субарктических и арктических зонах.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту изобретения разработан способ укладки трубопровода с судна, включающий направление трубопровода вдоль траектории укладки трубопровода, размещение группы рабочих площадок вдоль указанной траектории, при этом у судна имеется первый режим работы с относительно малой кривизной траектории укладки трубопровода вдоль судна, с выходом трубопровода из судна под относительно малым углом, и с включением нижней рабочей площадки, расположенной в первом режиме работы в зоне выхода трубопровода из судна, в группу рабочих площадок, и у судна имеется второй режим работы с относительно большой кривизной траектории укладки трубопровода вдоль судна, с выходом трубопровода из судна под относительно большим углом, без прохождения зоны размещения нижней рабочей площадки.
В одном предпочтительном варианте радиус кривизны трубопровода в зоне расположенной спереди по ходу рабочей площадки в первом режиме работы составляет более 300 м.
В другом предпочтительном варианте радиус кривизны трубопровода в зоне расположенной спереди по ходу рабочей площадки во втором режиме работы составляет менее 200 м.
В еще одном предпочтительном варианте расположенная спереди по ходу рабочая площадка во втором режиме работы убрана с траектории укладки трубопровода.
Там, где упоминается "относительно малая" кривизна, следует понимать, что имеется в виду кривизна малая по сравнению с "относительно большой кривизной", упоминаемой далее. Аналогичным образом, там, где упоминается "относительно малый уклон", следует понимать, что речь идет об угле, который является малым по сравнению с "относительно большим уклоном".
Следует также понимать, что в каждом режиме судно может обеспечивать работу при различных значениях кривизны и уклона и что диапазоны этих значений в первом режиме могут пересекаться с диапазонами значений второго режима.
Траектория укладки трубопровода может включать у первого края судна нижний участок, отклоненный в направлении вниз. Предпочтительно верхний участок траектории укладки трубопровода является по существу горизонтальным. Предпочтительно он также является прямолинейным. Данные признаки упрощают сварку секций трубопровода и другие работы, выполняемые для трубопровода.
Преимущество судна по изобретению заключается в том, что оно может применяться для укладки трубопровода как на больших, так и на малых глубинах. При укладке трубопровода на малой глубине перед выходом из судна трубопроводу может специально придаваться кривизна, которая меньше максимально допустимой конструкцией судна, а при укладке трубопровода на большой глубине обычно предпочтительным является придание трубопроводу максимально возможной кривизны. В конфигурации, предназначенной для придания максимально возможной кривизны, предпочтительно, чтобы траектория укладки трубопровода входила в воду под углом более 20 градусов к горизонту. Максимально достижимый наклон зависит от допустимой кривизны трубопровода, и обычно он больше для трубопровода малого диаметра и меньше для трубопровода большого диаметра.
Траектория укладки трубопровода предпочтительно включает криволинейный участок, идущий от прямолинейного по существу горизонтального верхнего участка траектории укладки трубопровода к нижнему участку траектории укладки трубопровода. Изобретение может применяться для укладки трубопровода любого диаметра из широкого диапазона диаметров.
В стандартных судах для S-образной укладки обычно формируется кривизна трубопровода около кормы судна, при этом наибольший изгиб трубопровода возникает в нижней части судна. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения позволяют осуществлять изгиб на гораздо более ранних участках, расположенных ближе к центру судна. Согласно второму аспекту изобретения разработано судно для укладки трубопровода, включающее группу рабочих площадок, расположенных вдоль траектории укладки трубопровода, мостки, расположенные вдоль траектории укладки трубопровода и выполненные с возможностью регулировки наклона, при этом мостки могут регулироваться между первым верхним положением, с размещением рабочей площадки на заданной части траектории укладки трубопровода вместе с мостками, и вторым нижним положением, с погружением в воду заданной части траектории укладки трубопровода.
Мостки предпочтительно являются внутренними мостками.
Мостки могут включать направляющие элементы для направления трубопровода при прохождении его вдоль мостков. Данные направляющие элементы могут, например, содержать ролики или гусеничные агрегаты. Направляющие элемент предпочтительно способствуют направлению трубопровода при входе с верхнего края мостков и при выходе с нижнего края мостков.
Там, где упоминаются "внутренние мостки", следует понимать, что это означает не то, что мостки целиком расположены в пределах габаритов судна, но только то, что верхний край мостков расположен в пределах габаритов судна. Передний по ходу край мостков всегда может располагаться за пределами габарита или может располагаться за пределами габарита в некоторых, но не во всех положениях мостков. Предпочтительно нижний край внутренних мостков расположен на борту на первом краю судна во всех рабочих положениях мостков. Также следует понимать, что в тех случаях, когда в данном описании говорится о положении выше дна корпуса или судна, или о нахождении на борту на краю корпуса или судна, речь идет о габаритах корпуса или судна, в варианте осуществления изобретения, описанном ниже, корпус предпочтительно снабжен продолговатой нишей в зоне кормы, но эта ниша не меняет габаритов корпуса, и участок мостков внутри ниши, по-прежнему, находится внутри габаритов корпуса. В случае применения изобретения для полупогружаемого судна или для других многокорпусных судов под габаритами судна, безусловно, понимаются габариты с учетом всех корпусов.
Внутренние или внешние мостки обычно крепят к корпусу судна и/или к другим мосткам на шарнирах. Однако подобное шарнирное крепление ограничивает возможности по регулировке мостков. В настоящем изобретении мостки предпочтительно крепятся таким образом, что обеспечивается изменение их наклона и их поступательное перемещение, по меньшей мере, одна из составляющих которого производится в вертикальном направлении. Судно предпочтительно включает первый регулировочный механизм для осуществления перемещения мостков, по меньшей мере, одна из составляющих которого является вертикальной, и второй регулировочный механизм для изменения наклона мостков. Мостки могут крепиться к корпусу судна при помощи стоек, регулируемых по длине, и/или крепление которых к мосткам может регулироваться по длине стоек. Крепление к корпусу может представлять собой крепление к палубе судна, которая, в свою очередь, непосредственно или косвенно крепится к корпусу судна. В этом случае и в других случаях может оказаться, что первый и второй регулировочные механизмы осуществляют как вертикальное перемещение мостков, так и изменение наклона мостков. Например, пара стоек может быть установлена у верхнего края мостков, а другая пара стоек может быть установлена у нижнего края мостков. Одна стойка или большее число стоек могут включать конструкцию с гидравлическим поршнем и цилиндром для регулировки длины стоек или положения крепления мостков к стойкам.
Желательно установить максимально возможное число рабочих площадок вдоль траектории укладки трубопровода. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения диапазон перемещения мостков является очень существенным и обеспечивает получение очень разных форм траектории укладки трубопровода для широкого диапазона диаметров труб при укладке в широком диапазоне глубин. За счет этого в зоне верхнего положения мостков целесообразна установка рабочей площадки, а в зоне нижнего положения, в котором большая часть мостков погружена в воду, установка рабочей площадки невозможна. В этом случае, тем не менее, целесообразна установка рабочей площадки, предпочтительно не закрепленной на мостках. Рабочая площадка при необходимости может быть выполнена с возможностью убирания с траектории укладки трубопровода, за счет чего, когда она не используется, она не создает никаких препятствий для укладки труб. За счет данного предпочтительного признака обеспечивается возможность при относительно малых величинах кривизны трубопровода (при которых соответственно большой радиус кривизны может превышать 300 м, предпочтительно -400 м, а в описываемом ниже варианте осуществления изобретения составляет около 460 м) полного использования наиболее удаленной вперед по ходу рабочей площадки. Подобная конфигурация подходит для укладки трубопроводов на относительно малых глубинах. С другой стороны, при относительно больших величинах кривизны трубопровода (при которых соответствующий малый радиус составляет менее 200 м, предпочтительно менее 150 м, а в описываемом ниже варианте осуществления изобретения составляет около 100 м) использование данной наиболее удаленной вперед по ходу рабочей площадки невозможно, вследствие чего происходит снижение скорости укладки трубопровода. Подобная конфигурация подходит для укладки трубопроводов на относительно больших глубинах. В варианте осуществления изобретения, описанном выше, наиболее вынесенная вперед по ходу рабочая площадка является седьмой рабочей площадкой, таким образом, судно в одном режиме использует шесть рабочих площадок, а в другом режиме - семь рабочих площадок.
Согласно второму аспекту изобретения также разработан способ укладки трубопровода с судна, включающий направление трубопровода вдоль траектории укладки трубопровода, размещение группы рабочих площадок вдоль указанной траектории, при этом трубопровод направляется по мосткам, размещенным вдоль траектории укладки трубопровода, выполненным с возможностью регулировки наклона и с возможностью регулировки между первым верхним положением, с размещением рабочей площадки на заданной части траектории укладки трубопровода вдоль мостков, и вторым нижним положением, с погружением в воду заданной части траектории укладки трубопровода.
Согласно третьему аспекту изобретения также разработано судно для укладки трубопровода, включающее группу направляющих элементов для направления трубопровода вдоль траектории укладки трубопровода, включающей верхний участок, удаленный от первого края судна, и расположенный у первого края судна нижний участок и мостки, расположенные вдоль траектории укладки трубопровода и имеющие регулируемый наклон, при этом для зажима трубопровода на регулируемых мостках установлен зажим.
Зажим может являться закрепленным зажимом. Закрепленный зажим может включать разъемный зажим или фрикционный зажим или и фрикционный зажим, и разъемный зажим. В варианте осуществления изобретения, описываемом ниже, фрикционный зажим установлен таким образом, что он может перемещаться на определенное расстояние вдоль траектории укладки трубопровода, например, для компенсации килевого крена судна, вызванного, например, волнением моря.
Зажим предпочтительно устанавливается на регулируемые мостки, предпочтительно на нижний край мостков.
Диапазон перемещений участка мостков, на котором закреплен зажим, в вертикальной плоскости перпендикулярно траектории укладки трубопровода может составлять более 2 м, а в варианте осуществления изобретения может составлять более 4 м. Направляющие элементы могут содержать ролики или гусеничные агрегаты.
Предпочтительно мостки крепятся к корпусу судна таким образом, что при эксплуатации они могут передавать натяжение трубопровода через крепления на палубу судна.
В случае применения стоек мостки могут крепиться на паре стоек, что обеспечивает перемещение мостков в направлении вдоль стоек, но ограничивает перемещение мостков в направлении, поперечном по отношению к стойкам и вдоль траектории укладки трубопровода. Подобная пара стоек может передавать продольные силы, прикладываемые к мосткам со стороны трубопровода, на корпус (или палубу) судна. Зажим может потребоваться для передачи существенных продольных усилий от трубопровода на мостки, и эти усилия необходимо затем передать от мостков на корпус судна.
Согласно четвертому аспекту изобретения разработано судно для укладки трубопровода, включающее группу рабочих площадок, расположенных вдоль траектории укладки трубопровода, мостки, расположенные вдоль траектории укладки трубопровода и имеющие регулируемый наклон, при этом рабочая платформа рабочей площадки установлена на мостках с возможностью регулировки и перемещения относительно мостков при изменении наклона мостков во время эксплуатации для уменьшения изменения наклона рабочей платформы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения рабочая платформа рабочей площадки установлена на мостках с возможностью перемещения вместе с мостками и с возможностью регулировки положения относительно мостков. За счет установки рабочей площадки на мостках ее перемещение естественным образом повторяет перемещение мостков. За счет регулировки положения площадки в зависимости от регулировки мостков обеспечивается возможность сохранения оптимального положения рабочей площадки относительно траектории укладки трубопровода. Предпочтительно наклон рабочей площадки относительно мостков является регулируемым. В этом случае при увеличении наклона мостков наклон рабочей площадки относительно мостков может изменяться в противоположном направлении для уменьшения или полного устранения изменения абсолютного наклона рабочей площадки. Таким образом рабочая платформа рабочей площадки может поддерживаться по существу в горизонтальном положении. Предпочтительно наклон рабочей платформы никогда не превышает 10 градусов относительно горизонта, а более предпочтительно никогда не превышает 6 градусов относительно горизонта. С другой стороны, наклон мостков относительно горизонта может составлять порядка 20 градусов. Предпочтительно рабочая платформа имеет возможность поступательно регулировки относительно мостков предпочтительно, по меньшей мере, в направлении вверх и вниз. Это позволяет при эксплуатации размещать рабочую платформу в наилучшем положении относительно трубопровода вне зависимости от положения мостков и вне зависимости от диаметра трубопровода.
Предпочтительно для управления и регулировки рабочей платформы в зависимости от регулировки мостков используется система управления. Регулировка платформы может быть полуавтоматической или полностью автоматической. Она может обеспечивать уменьшение изменения наклона рабочей платформы при изменении наклона мостков или поддержание постоянного, возможно, нулевого наклона рабочей платформы при изменении наклона мостков. Система управления может поддерживать постоянное положение рабочей платформы относительно корпуса судна; другим возможным вариантом функции системы управления является поддержание постоянного положения рабочей платформы относительно центральной оси траектории укладки трубопровода вдоль мостков.
Согласно четвертому аспекту изобретения также разработан способ укладки трубопровода с судна, включающий направление трубопровода вдоль траектории, размещение группы рабочих площадок вдоль указанной траектории, при этом трубопровод направляется по мосткам, расположенным вдоль траектории укладки трубопровода и выполненным с возможностью регулировки наклона, а рабочая платформа рабочей площадки установлена на мостках с возможностью регулировки и перемещается относительно мостков при изменении наклона мостков для уменьшения изменения наклона рабочей платформы.
Предпочтительно регулировка рабочей платформы проводится в зависимости от регулировки первых мостков. Регулировка может быть частично или полностью автоматической. Она может обеспечивать уменьшение изменения наклона рабочей платформы при изменении наклона первых мостков или поддержание постоянного, возможно, нулевого наклона рабочей платформы при изменении наклона первых мостков. Регулировка может обеспечивать постоянное положение рабочей платформы относительно корпуса судна; другим возможным вариантом функции системы управления является поддержание постоянного положения рабочей платформы относительно центральной оси траектории укладки трубопровода вдоль первых мостков.
Предполагается, что различные аспекты изобретения, описанные в данном документе, тесно связаны, и поэтому существенные или предпочтительные признаки одного аспекта изобретения могут включаться в другие аспекты изобретения, описанные в данном документе. Кроме того, в любом аспекте способа по изобретению или для любого аспекта способа по изобретению возможно использование или применение его самого для судна по изобретению или любого другого аспекта изобретения. Аналогичным образом, судно по любому аспекту изобретения может иметь такую конструкцию, которая обеспечивает его применение в способе по изобретению или в любом другом аспекте по изобретению. Признаки судна по изобретению могут включаться в способ по изобретению и наоборот. Изобретение описано и проиллюстрировано на примерах для S-образной укладки трубопровода, которая является предпочтительным способом укладки во всех аспектах изобретения.
Краткое описание чертежей
В качестве примеров ниже приводится описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид сбоку с местным разрезом однокорпусного судна для укладки трубопровода, включающего одиночный агрегат регулируемых внутренних мостков и относящегося к ближайшему аналогу настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид сбоку с местным разрезом судна с Фиг.1, модифицированного в соответствии с вариантом осуществления изобретения путем добавления дополнительных регулируемых внутренних мостков сзади по ходу от других внутренних мостков и внешних мостков (стингеров).
Фиг.3 - вид сбоку еще одних регулируемых внутренних мостков в первом положении, обеспечивающих работу с шестью рабочими площадками.
Фиг.4 - вид сбоку еще одних регулируемых внутренних мостков во втором положении, обеспечивающих работу с семью рабочими площадками.
Фиг.5 - вид сбоку еще одних регулируемых внутренних мостков, причем рабочая платформа находится в первом положении, в котором она поднята относительно мостков.
Фиг.6 - вид сбоку еще одних регулируемых внутренних мостков, причем рабочая платформа находится во втором положении, в котором она расположена ниже мостков.
Фиг.7 - вид в изометрии еще одних регулируемых внутренних мостков, на котором показаны некоторые дополнительные детали, а некоторые детали не показаны.
Осуществление изобретения
Фиг.1 повторяет чертеж, приведенный в документе WO 2008/107186, в котором содержится подробное описание данного судна. Поскольку варианты осуществления изобретения, описываемые ниже, содержат модификации судна, приведенного на чертежах документа WO 2008/107186, ниже приводится краткое описание судна из этого документа.
Судно в основном содержит корпус 1 судна, внутри которого определена группа палуб проведения предварительного изготовления состыкованных секций трубы из отдельных отрезков трубы и на которых установлены краны и прочее оборудование. На Фиг.1 носовая часть 5 корпуса показана справа, а кормовая часть 6 корпуса показана слева.
Корпус 1 судна имеет нестандартную конструкцию кормовой части, между правым и левым бортами которой имеется продолговатая ниша. Эта ниша открыта с кормы корпуса 1, а также открыта снизу (со стороны моря), но может закрываться палубой с верхней стороны. На Фиг.1 показаны внутренние мостки 9, шарнирно соединенные с корпусом судна и находящиеся в защищенной кормовой зоне, определяемой продолговатой кормовой нишей корпуса.
На Фиг.1 обозначен центр В масс (центр тяжести) и ватерлиния W (уровень моря при рабочей осадке судна). Ось R бортовой качки (ось, относительно которой обычно качается судно) совпадает с ватерлинией W.
Вдоль средней части судна определена траектория укладки труб (участок сварочных работ). Мостки установлены по длине траектории: у верхнего края (правого края в соответствии с Фиг.1) траектории имеются горизонтальные прямолинейные неподвижные мостки 10, за ними расположены криволинейные неподвижные мостки 11, которые проходят между горизонтальными прямолинейными неподвижными мостками 10 и внутренними мостками 9. Таким образом, траектория укладки трубопровода имеет верхний горизонтальный участок, проходящий вдоль мостков 10 и идущий к криволинейному участку (мосткам 11), который имеет постоянную и неизменную кривизну и который, в свою очередь, идет к нижнему участку, проходящему вдоль внутренних мостков 9. Наклон мостков 9 относительно корпуса 1 судна может регулироваться, и мостки 9 также снабжены роликами, которые могут перемещаться в плоскости, поперечной к траектории укладки трубопровода, для изменения кривизны мостков 9. Таким образом, в одном крайнем положении (соответствующем укладке труб на относительно малых глубинах) участок траектории укладки трубы, проходящий вдоль внутренних мостков 9, может иметь небольшую кривизну, и отклонение траектории вниз может быть лишь немного больше у нижнего края внутренних мостков 9, чем у нижнего края криволинейных неподвижных мостков 11; в другом крайнем положении (соответствующем укладке труб на относительно больших глубинах) участок траектории укладки трубы, проходящий вдоль внутренних мостков 9, может иметь более существенную кривизну, за счет чего отклонение траектории укладки трубопровода вниз у нижнего края внутренних мостков 9 существенно больше, чем отклонение траектории вниз у нижнего края криволинейных неподвижных мостков 11. На Фиг.1 мостки 9 находятся в положении, позволяющем существенно увеличить отклонение вниз траектории укладки трубы.
Рабочие площадки в форме сварочных площадок 12 размещены по длине горизонтальных прямолинейных неподвижных мостков 10 для приваривания вновь пристыковываемых секций трубы к краю укладываемого трубопровода. Активный отрезок горизонтального прямолинейного участка траектории укладки трубопровода проходит от участка, соответствующего длине одной состыкованной секции трубы, расположенного сзади по ходу от крайней верхней сварочной площадки 12 (крайней справа площадки на Фиг.1) до верхнего края криволинейных неподвижных мостков 11.
Активный отрезок горизонтального прямолинейного участка траектории укладки трубопровода продолжается далее вправо (в соответствии с Фиг.1) до участка, расположенного под вертолетом 30, как показано на Фиг.1. Вдоль криволинейных неподвижных мостков 11 размещены натяжители 13, три из которых показаны на Фиг.1, предназначенные для натяжения трубопровода спереди по ходу от натяжителей. Точная форма сварочных площадок и натяжителей не относится к настоящему изобретению, и поэтому они могут иметь любую известную форму. Можно заметить, что на Фиг.1 натяжители 13 показаны в виде лент гусеничного хода, однако следует понимать, что они могут иметь любые другие формы.
Спереди по ходу от натяжителей 13 натяжение трубопровода приводит к тому, что он повторяет кривизну мостков 11 и 9, для этого требуется только установка роликов под трубопроводом. Однако сзади по ходу от одного или большего числа натяжителей 13, где траектория укладки трубопровода впервые становится криволинейной, натяжение практически отсутствует, и поэтому желательна установка прижимных роликов (не показанных на фигуре) над трубопроводом для приложения направленного вниз давления к трубопроводу для обеспечения его следования по траектории, определяемой криволинейными неподвижными мостками 11. Подобные ролики также могут способствовать следованию трубопровода по траектории, определяемой криволинейными неподвижными мостками 11 при операциях погружения/извлечения трубы.
При укладке трубопровода судно перемещается вперед под действием своей движительной установки и, что является стандартным при S-образной укладке, поддерживается существенная направленная вперед тяга, даже когда судно не перемещается вперед, для компенсации направленной назад силы, прикладываемой к судну за счет натяжения трубопровода. Судно предпочтительно оборудовано динамической системой позиционирования для постоянного поддержания требуемого положения. Трубопровод проходит в направлении назад вдоль судна по траектории укладки трубопровода, при этом натяжители 13 управляют прохождением трубопровода. По мере перемещения края трубопровода вдоль горизонтальных прямолинейных неподвижных мостков 10 к краю трубопровода приваривают вновь пристыковываемые секции трубы. Когда трубопровод достигает криволинейных неподвижных мостков 11, прижимные ролики над трубопроводом вызывают изгибание трубопровода в направлении вниз в соответствии с направляющей траекторией криволинейных неподвижных мостков 11 и прохождение через натяжители 13. Натяжение трубопровода увеличивается по мере прохождения через натяжители 13, достигая максимального натяжения после прохождения последнего натяжителя. Трубопровод перемещается в сторону от корпуса 1 судна в процессе прохождения от криволинейных неподвижных мостков 11 к внутренним мосткам 9 и вскоре после попадания на внутренние мостки 9 заходит в воду.
Как показано на Фиг.1, точка входа трубопровода в воду находится в пределах защищенной кормовой зоны, определяемой продолговатой нишей в этой зоне. Трубопровод затем проходит к краю внутренних мостков 9, сходит с внутренних мостков 9 и перемещается к морскому дну.
Обычно направленная вперед тяга, поддерживаемая судном, такова, что трубопровод остается по существу прямолинейным и расположен по касательной к краю криволинейной траектории, определяемой мостками 9 в зоне, расположенном непосредственно спереди по ходу от внутренних мостков 9, перед тем, как его наклон уменьшится при достижении морского дна.
За счет этого исключаются резкие изменения кривизны у края внутренних мостков 9.
Если судно должно работать на больших глубинах, желательно добавление дополнительных мостков и/или стингера спереди по ходу от внутренних мостков 9 для обеспечения более длительного контроля кривизны трубопровода. В данном описании не делается особенного различия между терминами "мостки" и "стингер" и, следовательно, не подразумевается, что выбор термина "мостки", а не "стингер" определяет конструкцию дополнительных мостков.
На Фиг.2 показана корма судна, уже описанная со ссылками на Фиг.1, но модифицированная в соответствии с изобретением. Основная модификация заключается в установке других регулируемых внутренних мостков сзади по ходу от мостков 9 судна, показанного на Фиг.1, в результате чего судно имеет первые внутренние регулируемые мостки 21 и вторые внутренние регулируемые мостки 22.
На Фиг.2 показано, что стингер 23 соединен с нижним краем вторых мостков 22. Задний по ходу край стингера 23 шарнирно соединен на участке 24 к нижнему краю вторых мостков 22, который, в свою очередь, присоединен шарнирным соединением 29 к корпусу судна. Пара гидравлических штоков 25 шарнирно связана с мостками 22 у его нижнего края для обеспечения поворота вторых мостков 22 относительно корпуса 1. Аналогичным образом, пара гидравлических штоков 26 шарнирно скреплена со стингером 23 с частичным смещением частично по его длине для обеспечения поворота стингера относительно шарнирного соединения со вторыми мостками 22.
Стингер 23, показанный на Фиг.2, состоит из двух участков 23А и 23В, которые шарнирно скреплены между собой в зоне их верхних частей у соединения 27 и в зоне своих нижних частей соединены при помощи пары жестко закрепленных звеньев 28. В этом режиме стингер работает как одиночные внешние мостки. Однако возможна замена звеньев 28 парой гидравлических штоков, и за счет привода этих штоков можно обеспечивать вращение нижнего участка 23В стингера относительно верхнего участка 23А.
Мостки 21 и 22 и стингер 23 снабжены направляющими элементами в форме наборов роликов и/или гусеничных агрегатов, которые направляют трубопровод, укладываемый с судна. Направляющие элементы устанавливаются на мостках 21, 22 с возможностью регулировки, а также могут устанавливаться на стингер 23 с соответствующими гидравлическими приводами (не показанными на фигуре) для определения требуемой кривизны трубопровода при его прохождении по направляющим элементам.
На Фиг.3-7 более подробно показаны мостки 21 и сборка, частью которой они являются. Мостки 21 имеют основную раму 31, которая подвешена в зоне нижнего края на паре мощных раздвижных стоек 32, а в зоне верхнего края - на паре менее мощных стоек 33 (одна из стоек 32 на Фиг.7 условно не показана). Стойки 33 содержат винтовые домкраты, которые шарнирно скреплены с нижнитм краем рамы 31 и шарнирно скреплены с верхним краем корпуса судна.
Назначение стоек 33 заключается в регулировании вертикального положения верхнего края первых мостков 21. Они не препятствуют перемещению мостков 21 вдоль траектории укладки трубопровода. Стойки 32, с другой стороны, обеспечивают перемещение рамы 31 вдоль них самих, а их верхние части жестко скреплены с судном. Положение рамы 31 по длине этих стоек может регулироваться за счет пары гидравлических штоков 35, и рама может фиксироваться в заданном выбранном положении. Подобные домкратные системы известны сами по себе. Пара стоек 32 не только выдерживает вертикальную нагрузку, создаваемую весом мостков 21, и поперечную нагрузку, создаваемую натяжением трубопровода при его прохождении по мосткам по криволинейной траектории, но также при необходимости воспринимает нагрузки со стороны закрепленного зажима 34, который может устанавливаться на мостках 21 и показан только на Фиг.7.
При нормальной эксплуатации закрепленный зажим 34 не работает, и никакая продольная нагрузка не передается от зажима 34 на мостки 21, но в некоторых обстоятельствах желательно поддерживать натяжение трубопровода при помощи закрепленного зажима 34 (например, для обеспечения резки трубопровода сзади по ходу от зажима 34). В этом случае зажим 34 скрепляется с трубопроводом, продольное усилие (которое может быть более 100 т, а может и превышать 500 т), создаваемое на зажиме 34, передается на раму 31 мостков 21 через пару гидравлических штоков 38, один из которых показан на Фиг.7. Нагрузка от штоков 38 передается к соответствующим стойкам 32, которые затем передают продольную нагрузку через стойки на раму 31. Понятно, что закрепленный зажим перемещается вместе с нижним краем мостков 21 и, в результате, может переместиться в вертикальной плоскости, перпендикулярной траектории укладки трубопровода, на расстояние 4 м и более.
Конструкция внутреннего зажима может относиться к уже известному типу. Зажим одной из подходящих форм описан в заявке Великобритании №0909425.1, содержимое которой включается в данный документ по ссылке.
Мостковый узел, включающий мостки 21, также снабжен рабочей платформой 41, которая установлена на мостках с возможностью регулирования. Для осуществления регулировки установлена пара рычажных механизмов 42 с гидравлическим приводом и пара гидравлических штоков спереди по ходу от рычажных механизмов 42. Как будет показано, путем регулировки положения рычажных механизмов 42 и штоков 43 обеспечивается требуемая регулировка высоты платформы 41, а также ее наклона относительно мостков 21. На Фиг.5 и 6 платформа показана в верхнем и в нижнем горизонтальных положениях соответственно. Как станет понятно далее, термины "нижнее" и "верхнее" в предыдущем предложении относятся к положению платформы относительно мостков 21.
На чертежах показано, что платформа 41 оборудована парой манипуляторов 47 груза, однако следует понимать, что на платформе может устанавливаться широкий спектр оборудования.
Судно снабжено системой управления, которая обеспечивает автоматическое или полуавтоматическое управление работой рычажных механизмов 42 и штоков 43 для поддержания рабочей платформы 41 в требуемом положении при перемещении мостков 21. Система управления объединена с системой управления перемещением мостков 21, и в предпочтительном варианте осуществления изобретения та же система управления управляет перемещением мостков 22 и стингера 23, а также любого набора управляющих элементов на мостках и на стингере, которые могут регулироваться для управления кривизной трубопровода. В этом отношении можно отметить, что на Фиг.7 на противоположных краях мостков 21 установлены гусеничные агрегаты 46 для направления трубопровода.
Как уже отмечалось при описании Фиг.1, на ней показаны три сварочных площадки, обозначенные позицией 12. На Фиг.1 также показаны три дополнительные рабочие площадки в форме сварочных площадок, обозначенных позициями 12А, 12В и 12С. Можно заметить, что шарнирное соединение 29 находится в зоне сварочной площадки 12С, которая является шестой сварочной площадкой. В описанном варианте осуществления изобретения имеется еще одна сварочная площадка 12D спереди по ходу от площадки 12С.
Как показано на Фиг.1, рабочая площадка расположена в вертикальном направлении над мостками 9 и, очевидно является незадействованной площадкой, но на Фиг.1 мостки 9 имеют относительно большой наклон.
При меньшем наклоне мостков 9 сварочная площадка 12D располагается в зоне мостков 9 и может применяться для выполнения работ на трубопроводе. Наличие данной седьмой сварочной площадки 12D при возможности ее применения является полезным и позволяет распределить работу над трубопроводом с учетом еще одной площадки и, следовательно, уменьшить время нахождения трубопровода в зоне рабочих площадок. На Фиг.2 также отмечено расположение седьмой сварочной площадки 12D.
В вышеприведенном описании нет упоминания размеров судна и траектории укладки трубопровода. Конкретный вариант компоновки для конкретного судна зависит от множества обстоятельств, в том числе и от области предполагаемого применения судна. Для судна, реализующего изобретение, наиболее пригодного для укладки секций труб из отрезков, каждая из которых имеет длину 36 м (по 12 м на отдельный отрезок), наиболее предпочтительными являются следующие диапазоны параметров:
длина корпуса 1 судна: 260-330 м;
ширина корпуса 1 судна: 35-45 м;
радиус кривизны криволинейных неподвижных мостков 11: 300-310 м.
Как станет понятно далее, судно имеет два режима работы. В одном режиме (называемом в остальных частях данного описания вторым режимом), проиллюстрированном на Фиг.3, но не на Фиг.4, трубопроводу придается относительно большая кривизна, в соответствии с требованиями при укладке трубопровода на относительно больших глубинах. В этом режиме крайняя (седьмая) сварочная площадка 12D не используется. В другом режиме (называемом в остальных частях данного описания первым режимом), проиллюстрированном на Фиг.4, но не на Фиг.3, трубопроводу придается относительно малая кривизна в соответствии с требованиями при укладке трубопровода на относительно малых глубинах. В этом режиме используется крайняя (седьмая) сварочная площадка 12D.
Различные положения мостков 21 в двух режимах могут быть легко определены из сравнения Фиг.3 и Фиг.4. Можно видеть, что на Фиг.4 мостки 21 расположены выше относительно корпуса 1 судна, чем на Фиг.3, и что наклон мостков 21 на Фиг.4 меньше, чем на Фиг.3. Однако в каждом случае рабочая платформа 41 выставлена приблизительно в горизонтальное положение.
На Фиг.3 сплошными кривыми L1 и L2 показаны примерные крайние положения траектории нижней части трубопровода Р при укладке в первом режиме с использованием шести рабочих площадок. Для кривой L1 радиус кривизны трубопровода в месте его прохождения вдоль мостков 21 составляет 110 м (наименьший радиус кривизны, соответствующий наибольшей величине кривизны), а для кривой L2 радиус кривизны трубопровода в месте его прохождения вдоль мостков 21 составляет 300 м.
Аналогичным образом, на Фиг.4 сплошными кривыми L3 и L4 показаны примерные крайние положения траектории нижней части трубопровода Р при укладке во втором режиме с использованием семи рабочих площадок. Для кривой L3 радиус кривизны трубопровода в месте его прохождения вдоль мостков 21 составляет 130 м, а для кривой L4 радиус кривизны трубопровода в месте его прохождения вдоль мостков 21 составляет 460 м (наибольший радиус кривизны, соответствующий наименьшей величине кривизны).
Судно, относящееся к типу, описанному выше со ссылками на чертежи, обеспечивает эффективное выполнение трубоукладочных операций для широкого диапазона размеров труб как на малых, так и на больших глубинах, причем на больших глубинах обеспечивается укладка труб меньшего диаметра. Кроме того, судно может работать на очень малых глубинах. Также расположение внутренних мостков внутри защищенной кормовой зоны позволяет использовать судно в субарктических и арктических зонах.
Там, где в вышеприведенном описании упоминаются уже известные составные части или элементы, очевидные или предсказуемые эквиваленты, подобные эквиваленты включаются в данный документ так, как если бы они были описаны отдельно. Для определения истинного объема настоящего изобретения следует обратиться к формуле изобретения, которую следует толковать как охватывающую любые подобные эквиваленты.
Читателю также будет понятно, что составные части или признаки изобретения, которые описаны в качестве предпочтительных, дающих преимущество, стандартных и тому подобных, являются не обязательными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы изобретения.