СПОСОБ ОТСОЕДИНЕНИЯ УСТРОЙСТВА ПЕРЕКАЧКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ МЕЖДУ ДНОМ ВОДНОГО ПРОСТРАНСТВА И ПОВЕРХНОСТЬЮ И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕКАЧКИ
DISCONNECTION METHOD OF DEVICE FOR TRANSFER OF FLUID MEDIUM BETWEEN BOTTOM OF WATER SPACE AND SURFACE, AND CORRESPONDING TRANSFER DEVICE

Изобретение относится к способу отсоединения устройства перекачки текучей среды между дном водного пространства и поверхностью, при этом устройство перекачки содержит:
- по меньшей мере один трубопровод транспортировки текучей среды, содержащий нижний участок, промежуточный участок, верхний участок и устройство быстрого отсоединения, установленное между промежуточным участком и нижним участком или между промежуточным участком и верхним участком;
- башню, в которой расположен нижний участок, при этом башня содержит средства крепления в дне водного пространства;
- плавучую баржу, установленную с возможностью поворота на башне вокруг оси вращения, при этом на барже находится верхний участок,
при этом промежуточный участок содержит по меньшей мере одну секцию шланга, намотанную вокруг оси вращения,
при этом способ содержит этап соединения, на котором промежуточный участок соединяют или с нижним участком, или с верхним участком при помощи средства быстрого отсоединения, и этап отсоединения, содержащий отсоединение средства быстрого отсоединения.
Такое устройство перекачки предназначено для перемещения, в частности, жидких или газообразных углеводородов, добываемых в дне водного пространства, для их доставки до поверхности с целью их хранения и/или отгрузки.
Для осуществления такой перекачки, как известно, используют устройство, содержащее множество восходящих трубопроводов, обозначаемых английским термином "riser", которые проходят между устьями скважин, находящимися на дне водного пространства, и надводной установкой. Эти восходящие трубопроводы являются жесткими или гибкими.
Надводная установка является, например, баржей для добычи, сжижения, хранения и отгрузки углеводородов, называемой английским термином "Floating Production Storage and Off-loading Unit" или "FPSO".
Такое устройство перекачки иногда устанавливают в зонах, где могут серьезно ухудшаться погодные условия и где волнение водного пространства вблизи баржи может быть очень сильным, в частности, по причине ветров и течений. Поэтому, как известно, надводная установка содержит башню, неподвижную относительно дна водного пространства. Неподвижная башня может поворачиваться в шахте, выполненной на конце или в центре баржи. При этом баржа может свободно поворачиваться вокруг башни, чтобы занимать наилучшее положение относительно локальных перемещений водного пространства и действующих на нее сил.
Трубопровод перемещения текучей среды содержит нижний участок, который соединяет дно водного пространства с башней, промежуточный участок, который проходит между башней и баржей, и верхний участок, который проходит по барже. Нижний участок проходит при этом внутри башни.
С учетом поворотной связи между баржей и башней промежуточный участок содержит, например, вращающееся соединение или предпочтительно секцию из гибкого трубопровода, намотанную петлеобразно вокруг оси вращения баржи относительно башни.
Эта секция гибкого трубопровода наматывается и разматывается вокруг оси вращения, чтобы компенсировать различия углового положения между неподвижной башней и поворачивающейся баржей.
Однако в случае неблагоприятных погодных условий устройство перекачки необходимо перевести в безопасное положение, полностью высвобождая вращение баржи относительно башни. Это требует отсоединения гибкого трубопровода, чтобы избежать повреждения промежуточного участка.
В документе US 4915416 описан способ отсоединения вышеуказанного типа, в котором нижний участок трубопровода перекачки отсоединяют от барабана, вращающегося относительно баржи, и сначала опускают при помощи лебедки, а затем отсоединяют окончательно.
Однако в таком способе чрезвычайно трудно вернуть нижний участок на место после его сброса.
Задача изобретения состоит в разработке способа отсоединения устройства перекачки, которое содержит промежуточный участок с наматываемой секцией шланга, при этом отсоединение должно осуществляться быстро и надежно, с обеспечением при этом возможности быстрого повторного соединения трубопровода перекачки после отсоединения.
Поставленная задача решена в вышеуказанном способе в котором, согласно изобретению, устройство перекачки содержит по меньшей мере одну промежуточную конструкцию по меньшей мере частичного удержания секции намотанного шланга, при этом промежуточную конструкцию устанавливают между башней и баржей между конфигурацией совместного приведения во вращение вместе с баржей вокруг оси вращения относительно башни и конфигурацией удержания башней во вращении вокруг оси вращения,
и во время этапа соединения промежуточную конструкцию помещают в одну из конфигураций приведения во вращение или удержания, при этом этап отсоединения содержит переход промежуточной конструкции в другую из конфигураций приведения во вращение или удержания.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой(ых) технически возможной(ых) комбинации(ях):
- промежуточная конструкция содержит опорную стенку для удержания намотанной секции шланга, выполненную вокруг оси вращения, при этом этап соединения содержит наматывание и/или разматывание намотанной секции шланга на опорной стенке вокруг оси вращения во время поворота баржи относительно башни;
- этап отсоединения содержит перемещение промежуточной конструкции поступательным движением вдоль оси вращения для обеспечения перехода промежуточной конструкции из одной из ее конфигураций приведения во вращение или удержания в другую из ее конфигураций приведения во вращение или удержания;
- во время этапа соединения промежуточная конструкция занимает свою конфигурацию удержания;
- во время этапа соединения промежуточная конструкция занимает свою конфигурацию приведения во вращение;
- после этапа отсоединения баржа находится в положении свободного вращения вокруг башни, при этом концы секции шланга остаются по существу неподвижными в угловом направлении относительно друг друга вокруг оси вращения.
Объектом настоящего изобретения является также устройство перекачки текучей среды между дном водного пространства и поверхностью, содержащее:
- по меньшей мере один трубопровод транспортировки текучей среды, содержащий нижний участок, промежуточный участок, верхний участок и средство быстрого отсоединения, установленное между промежуточным участком и нижним участком или между промежуточным участком верхним участком;
- башню, в которой проложен нижний участок, при этом башня содержит средства крепления в дне водного пространства;
- плавучую баржу, установленную с возможностью поворота на башне вокруг оси вращения, при этом на барже находится верхний участок,
при этом промежуточный участок содержит по меньшей мере одну секцию гибкого трубопровода, намотанную вокруг оси вращения,
при этом трубопровод транспортировки выполнен с возможностью занимать конфигурацию соединения, в которой промежуточный участок соединен с нижним участком или с верхним участком при помощи средства быстрого отсоединения, и конфигурацию отсоединения средства быстрого отсоединения,
содержит, согласно изобретению, промежуточную конструкцию по меньшей мере частичного удержания намотанной секции шланга, при этом промежуточная конструкция установлена между башней и баржей между конфигурацией совместного приведения во вращение вместе с баржей вокруг оси вращения относительно башни и конфигурацией удержания башней во вращении вокруг оси вращения.
Устройство перекачки в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой(ых) технически возможной(ых) комбинации(ях):
- промежуточная конструкция содержит опорную стенку удержания намотанной секции шланга, выполненную вокруг оси вращения, при этом намотанная секция шланга расположена по меньшей мере частично на опорной стенке;
- устройство содержит несколько трубопроводов транспортировки текучей среды, при этом промежуточная конструкция содержит опорную стенку для намотанной секции шланга для каждого трубопровода транспортировки, при этом опорные стенки расположены друг над другом вдоль оси вращения;
- в конфигурации соединения трубопровода промежуточная конструкция занимает свою конфигурацию приведения во вращение;
- в конфигурации соединения трубопровода промежуточная конструкция занимает свою конфигурацию удержания;
- устройство содержит устройство регулирования углового положения промежуточной конструкции относительно башни в конфигурации удержания;
- в первой из конфигураций приведения во вращение или удержания концы намотанной секции шланга являются подвижными в угловом направлении относительно друг друга вокруг оси вращения, и во второй из конфигураций приведения во вращение и удержания концы намотанной секции шланга остаются по существу неподвижными в угловом направлении относительно другу друга вокруг оси вращения во время поворота баржи вокруг башни; и
- устройство содержит дополнительную промежуточную конструкцию по меньшей мере частичного удержания намотанной секции шланга, при этом дополнительная промежуточная конструкция установлена между башней и баржей между конфигурацией совместного приведения во вращение вместе с баржей вокруг оси вращения относительно башни и конфигурацией удержания баржей во вращении вокруг оси вращения, при этом промежуточная конструкция расположена снаружи башни, а дополнительная промежуточная конструкция расположена в башне;
- промежуточная конструкция расположена по существу над башней и баржей;
- промежуточная конструкция расположена по существу между башней и баржей снаружи башни;
- промежуточная конструкция расположена по существу в башне;
- промежуточная конструкция выполнена с возможностью поступательного перемещения вдоль оси вращения между своей конфигурацией приведения во вращение и своей конфигурацией удержания.
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показано первое устройство перекачки согласно изобретению в конфигурации соединения трубопровода транспортировки текучей среды, схематичный вид в разрезе по центральной вертикальной плоскости;
на фиг.2 показана часть устройства перекачки, изображенного на фиг.1, с демонстрацией связи между башней и плавучей баржей, увеличенный вид;
на фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид сверху;
на фиг.4 - то же, что на фиг.2, в конфигурации отсоединения трубопровода транспортировки;
на фиг.5 - то же, что на фиг.1, с демонстрацией второго устройства перекачки согласно изобретению;
на фиг.6 показана часть, обозначенная VI на фиг.5;
на фиг.7 показана часть, обозначенная VII на фиг.5, в конфигурации соединения;
на фиг.8 показан вид, аналогичный фиг.7, в конфигурации отсоединения;
на фиг.9 показан вид, аналогичный фиг.5, третьего устройства перекачки согласно изобретению;
на фиг.10 схематично изображено второе устройство перекачки в соответствии с настоящим изобретением с показом башни согласно третьему варианту осуществления изобретения;
на фиг.11 показана нижняя часть башни, изображенной на фиг.10;
на фиг.12 показана нижняя часть башни, изображенной на фиг.11, вид в разрезе по поперечной плоскости.
В дальнейшем тексте термины «входной» и «выходной» следует рассматривать относительно нормального направления циркуляции текучей среды в трубопроводе.
Первое устройство 10 перекачки текучей среды в соответствии с настоящим изобретением показано на фиг.1-4.
Это устройство 10 предназначено, например, для перекачки текучей среды, состоящей из жидких или газообразных углеводородов, добываемых в дне водного пространства и собираемых в донном устройстве (не показано).
Текучую среду, перекачиваемую установкой, транспортируют через толщу водного пространства 12 до поверхности 14, показанной на фиг.1.
Водное пространство 12 является, например, озером, морем или океаном. Оно расположено над дном и имеет глубину, измеренную между поверхностью 14 и дном и составляющую, например, от 100 м до 3500 м.
Как показано на фиг.1, устройство 10 перекачки содержит башню 16, закрепленную на дне водного пространства 12, баржу 18, установленную с возможностью поворота вокруг башни 16 вокруг вертикальной оси вращения А-А′, и промежуточную конструкцию 20, установленную между баржей 18 и башней 16, которая селективно приводится во вращение баржей 18 или удерживается башней 16.
Кроме того, устройство 10 содержит средства 22 перемещения вращением и поступательным движением промежуточной конструкции 20 относительно башни 16 и баржи 18 и несколько трубопроводов 24 транспортировки текучей среды, соединяющих донное устройство с баржей 18 через башню 16 и промежуточную конструкцию 20. Для упрощения чертежа на фиг.1 показан только один трубопровод 24.
Как показано на фиг.1 и 2, башня 16 содержит цилиндрический корпус 30 и средства 32 крепления корпуса 30 ко дну водного пространства.
Корпус 30 имеет вертикальную ось А-А′. Он выполнен между нижней поверхностью 34, находящейся напротив и на расстоянии от дна водного пространства 12, и верхней поверхностью 36, находящейся над поверхностью 14 водного пространства 12.
Корпус 30 содержит внутреннюю центральную трубу 40, наружную кольцевую трубу 42, расположенную вокруг внутренней трубы 40, и фланец 44 направления вращения баржи 18 вокруг корпуса 30, закрывающий сверху наружную кольцевую трубу 42.
Труба 40 содержит периферическую стенку 46, ограничивающая изнутри канал 48, в котором проходит трубопровод 24.
Вдоль своего верхнего края периферическая стенка 46 содержит направляющую 50 для направления и опоры промежуточной конструкции 20.
Направляющая 50 выполнена в виде кольцевого профиля, выходящего вверх через разрезную опорную стенку 52. Направляющая 50 проходит по всей периферии вокруг оси А-А′.
Циркуляционный канал 48 выходит в осевом направлении вверх напротив промежуточной конструкции 20 и в осевом направлении вниз в водное пространство 12.
Фланец 44 перекрывает сверху наружную кольцевую трубу 42. Внутри он проходит вблизи оси вращения А-А' ниже направляющей 50. Фланец 44 образует наружный край 54, который выступает в радиальном направлении на расстоянии от оси вращения А-А′ за пределы наружной кольцевой трубы 42 и воспринимает основные усилия.
Наружная кольцевая труба 42 содержит по существу цилиндрическую наружную периферическую поверхность 53 для направления вращения баржи 18 вокруг башни 16.
Средства 32 крепления выполнены отдельно от трубопровода или каждого трубопровода 24 транспортировки.
Они содержат гибкие тросы 56, содержащие верхний конец, закрепленный на башне 16, и нижний конец, закрепленный в дне водного пространства, обладая при этом определенной вертикальной гибкостью. Кроме того, тросы 56 удерживают башню 16 по существу неподвижной во вращении вокруг оси А-А′.
Баржа 18 содержит плавучий корпус 60, опору 62 для временного размещения в отсоединенном состоянии промежуточной конструкции 20 и средства 64 направления вращения баржи 18 вокруг оси вращения А-А′.
Корпус 60 имеет высоту, измеренную между его нижней поверхностью 66 и его верхней поверхностью 68, по существу равную высоте башни 16. Корпус 60 образует шахту 70 с осью А-А′ для размещения башни 16.
В примере, представленном на фигурах, шахта 70 находится по существу в центре баржи 18. В варианте она может находиться на конце баржи 18. Она является сквозной и открыта сверху и снизу.
Шахта 70 имеет по существу цилиндрическое поперечное сечение с диаметром, слегка превышающем наружный диаметр наружной кольцевой трубы 42, ограниченный наружной поверхностью 53, для обеспечения установки средств 64 направления вращения. В шахте 70 находится башня 16.
Опора 62 размещения содержит кольцевую крышку 80 и наружную стенку 82 в виде усеченного конуса для по меньшей мере частичного удержания трубопровода 24 транспортировки.
Крышка 80 установлена на верхней поверхности 68 вокруг шахты 70. Она содержит горизонтальную кольцевую стенку 84, выступающую внутрь в сторону оси А-А′ напротив шахты 70 над фланцем 44.
Вблизи внутреннего кольцевого края 86 на верхней стенке 84 установлено кольцо 87 опоры для средств подъема промежуточной конструкции 20, что будет рассмотрено ниже.
Внутри внутреннего кольцевого края 86 верхняя стенка 84 ограничивает отверстие 88 для прохождения промежуточной конструкции 20, внутри направляющей 52.
Наружная стенка 82 в виде усеченного конуса выступает вверх от верхней стенки 84. В осевой плоскости, проходящей через ось А-А′, она образует с горизонталью угол, превышающий 10°. Она проходит по всей периферии верхней стенки 84 вокруг оси А-А′.
Средства 64 направления вращения содержат опорные подшипники 92А, 92С, неподвижно соединенные с корпусом 60. Опорные подшипники 92А, 92С установлены в кольцевом пространстве, образованном между кольцевой трубой 42 и корпусом 18 в шахте 70, соответственно вблизи нижнего края 66 и верхнего края 68.
Кроме того, средства 64 направления вращения содержат опорный подшипник 92D, установленный между верхней поверхностью 68 и наружным краем 54 фланца 44 под крышкой 80.
Таким образом, плавучая баржа 18 установлена с возможностью поворота вокруг башни 16 вокруг оси вращения А-А′.
Следовательно, плавучая баржа 18 может самостоятельно свободно поворачиваться в угловом направлении вокруг оси вращения А-А′ в зависимости от действующих на нее течения и ветров и занимать наиболее устойчивое положение. В варианте ею можно управлять для поворота в угловом направлении на заданный угол вокруг оси А-А′.
В примере, представленном на фиг.1-4, промежуточную конструкцию 20 можно расположить над башней 16 и плавучей баржей 18 снаружи шахты 70.
Промежуточная конструкция 20 накрывает шахту 70 сверху. Она содержит центральный вращающийся барабан 100 с осью А-А′ и внутреннюю опорную стенку 102 в виде усеченного конуса, выступающую радиально вниз от вращающегося барабана 100.
Барабан 100 имеет диаметр, определенный радиусом кривизны, допустимым для промежуточного шланга перекачки. Он содержит цилиндрическую стенку 104, содержащую кольцевую опорную подошва 106, опирающуюся на горизонтальную опорную стенку 52 в отверстии 88.
Цилиндрическая стенка 104 выступает вверх над верхней поверхностью 36 и над крышкой 84. Она ограничивает внутренний канал 108, который выходит вниз во внутренний канал 48 трубы 40.
На кольцевой подошве 106 установлен по меньшей мере один ролик 107 качения в направляющей 50, откидывающийся вниз через разрезную опорную стенку 52 между убранным положением на расстоянии от дна направляющей 50 и откинутым положением качения в контакте с дном направляющей 50.
Внутренняя стенка 102 в виде усеченного конуса проходит радиально на расстоянии от оси А-А′ во внутреннем продолжении наружной стенки 82 в виде усеченного конуса до свободного кольцевого края 110, расположенного напротив наружного кольцевого края 90 наружной стенки 82 в виде усеченного конуса. Она проходит по всей периферии цилиндрической стенки 104 вокруг оси А-А′.
Кроме того, наружный кольцевой край 110 проходит сверху и напротив опорного кольца 87.
В осевой плоскости, проходящей через ось А-А′, угол, образованный внутренней стенкой 102 в виде усеченного конуса и горизонтальной плоскостью по существу равен углу, образованному наружной стенкой 82 в виде усеченного конуса и горизонтальной плоскостью.
Кроме того, цилиндрическая стенка 104 ограничивает радиальное отверстие 112 для прохождения трубопровода, которое выходит наружу над стенкой 102 в виде усеченного конуса.
Как будет подробнее описано ниже, промежуточная конструкция 20 выполнена с возможностью поступательного перемещения вдоль оси А-А′ между нижней конфигурацией удержания башней 16, в которой она неподвижно соединена во вращении с башней 16 и в котором баржа 18 может вращаться вокруг узла, образованного башней 16 и промежуточной конструкцией 20; и верхней конфигурацией приведения во вращение баржей 18, в которой промежуточная конструкция 20 приводится во вращение вместе с баржей 18 вокруг оси вращения А-А′ по отношению к башне 16.
Кроме того, в конфигурации удержания относительное угловое положение промежуточной конструкции 20 относительно башни 16 можно регулировать при помощи средств 22 перемещения, что будет описано ниже.
Средства 22 перемещения содержат устройство 120 перемещения поступательным движением вдоль оси А-А′ промежуточной конструкции 20 относительно башни-16 и относительно баржи 18 и устройство 122 регулирования углового положения промежуточной конструкции 20 относительно башни 16, когда промежуточная конструкция занимает свою конфигурацию удержания.
Устройство 120 перемещения поступательным движением содержит несколько домкратов 124, установленных на крышке 80 вблизи наружного края 86 под внутреннейстенкой 102 в виде усеченного конуса.
Домкраты 124 выполнены с возможностью подъема внутренней стенки 102 в виде усеченного конуса и, следовательно, промежуточной конструкции 20 для перемещения конструкции 20 между конфигурацией удержания и конфигурацией приведения во вращение.
Устройство 122 перемещения вращением содержит внутреннее зубчатое колесо 126, неподвижно соединенное с цилиндрической стенкой 104 в канале 108, вращающуюся шестерню 128, выполненную с возможностью зацепления с колесом 126 в конфигурации удержания, и двигатель 130 привода вращающейся шестерни 128, установленный на кронштейне 132, неподвижно соединенном с внутренней трубой 40 в канале 48.
В конфигурации удержания опорная кольцевая подошва 106 опирается на верхнюю опорную стенку 52 над направляющей 50.
При этом внутренняя стенка 102 в виде усеченного конуса установлена с возможностью перемещения скольжением на кольце 87. Шестерня 128 отсоединяется от колеса 126. При этом угловое положение башни 16 относительно промежуточной конструкции 20 удерживается опорными контактными поверхностями подошвы 106 и стенки 52.
Кроме того, в конфигурации удержания после зацепления шестерни 128 с колесом 126 управление двигателем 130 позволяет корректировать угловое положение вокруг оси А-А′ промежуточной конструкции 20 относительно башни 16.
В конфигурации приведения во вращение домкраты 124 выдвигаются вверх для подъема промежуточной конструкции 20 и ее отвода от башни 16.
При этом опорная кольцевая подошва 106 располагается сверху и на расстоянии от опорной стенки 52, а зубчатое колесо 126 располагается сверху и на расстоянии от шестерни 128.
В этой конфигурации приведения во вращение промежуточная конструкция 20 опирается через домкраты 124 на баржу 18 и вращается вместе с баржой 18 вокруг башни 16.
Трубопровод 24 транспортировки содержит нижний участок 140, проложенный на башне 16, промежуточный участок 142, проложенный по меньшей мере частично на промежуточной конструкции 20, и верхний участок 144, проложенный на барже 18.
Кроме того, трубопровод 24 содержит устройство 146 быстрого отсоединения, установленное в этом примере между промежуточным участком 142 и нижним участком 140.
Нижний участок 140 по меньшей мере частично выполнен из гибкого шланга. В рамках настоящего изобретения под «гибким шлангом» следует понимать трубопровод, определенный например, в нормативных документах API 17J Американского института нефти. Такой шланг можно наматывать на укладочный барабан без существенной пластической деформации.
Нижний участок 140 проходит по существу вертикально между нижним концом, находящимся на дне водного пространства, и верхним концом, находящимся во внутреннем канале 48 и соединенным с устройством 146 быстрого отсоединения.
Промежуточный участок 142 содержит изогнутый жесткий патрубок 148, неподвижно закрепленный в цилиндрической стенке 104 в канале 108, и секцию 150 шланга, намотанную вокруг оси А-А′ и опирающуюся на внутреннюю стенку 102 в виде усеченного конуса и на наружную стенку 82 в виде усеченного конуса.
Как показано на фиг.3, секция 150 шланга содержит внутренний конец 152, закрепленный на жестком патрубке 148 в канале 108, и наружный конец 154, закрепленный на верхнем участке 144 напротив баржи 18.
Таким образом, внутренний конец 152 неподвижно соединен во вращении с промежуточной конструкцией 20, тогда как наружный конец 154 неподвижно соединен во вращении с баржей 18.
Как показано на фиг.3, между своим внутренним концом 152 и своим наружным концом 154 секция 150 шланга образует по меньшей мере одну петлю вокруг оси А-А′, длина которой меняется в зависимости от относительного углового положения нижнего конца 152 относительно наружного конца 154 во время поворота баржи 18 вокруг башни 16, когда промежуточная конструкция 20 занимает свою конфигурацию удержания.
В примере, показанном на фиг.3, и в соответствующем угловом положении секция 150 шланга образует три петли вокруг оси А-А′.
Таким образом, секция 150 шланга может адаптироваться к изменениям углового положения баржи 18 относительно башни 16 в угловом интервале, предпочтительно превышающем или равном 360°, без необходимости использования вращающегося соединения и без риска повреждения трубопровода 24.
Верхний участок 144 находится на барже 18 на площадке над верхней поверхностью 68. В этом примере он образован жестким трубопроводом.
В этом примере устройство 146 быстрого отсоединения находится в канале 48 вблизи промежуточной конструкции 20.
Устройство 146 содержит верхний отсечный клапан 160, неподвижно соединенный с входным свободным концом промежуточного участка 142, нижний отсечный клапан 162, неподвижно соединенный с выходным свободным концом нижнего участка 140, и быстрый соединитель 164, который в экстренной ситуации можно быстро отсоединить, Такой соединитель известен в английском языке под названием "Quick Connect and Disconnect Connector" или под сокращением "QCDC".
Таким образом, трубопровод 24 транспортировки может занимать конфигурацию соединения, в которой промежуточный участок 142 соединен с нижним участком 140 при помощи устройства 146 быстрого отсоединения; и конфигурацию отсоединения устройства 146 быстрого отсоединения, в которой нижний участок 140 и промежуточный участок 142 разъединены.
Далее следует описание первого способа отсоединения в соответствии с настоящим изобретением в устройстве 10 перекачки.
Первоначально, как показано на фиг.1-3, устройство 10 перекачки соединено с донным устройством для сбора углеводородов, добываемых в дне водного пространства.
Для этого башня 16 закреплена в дне водного пространства 12 через крепежные тросы 56. Как было указано выше, башня 16 является при этом по существу неподвижной во вращении вокруг оси А-А′ относительно дна водного пространства 12.
Баржа 18 установлена с возможностью поворота вокруг башни 16 и по меньшей мере частично может свободно перемещаться в угловом направлении вокруг оси А-А′ относительно башни 16 в зависимости от течений и ветров, действующих на баржу 18. Эта вращение направляется опорными подшипниками 92A-92D.
Промежуточная конструкция 20 занимает свою конфигурацию удержания на башне 16. Для этого, как было указано выше, цилиндрическая стенка 104 вращающегося барабана 100 опирается на направляющие 50, предусмотренные вдоль верхнего края башни 16.
Промежуточная конструкция 20 удерживается неподвижно во вращении относительно башни 16 за счет трения на направляющей 50. При этом ролик 107 занимает свое убранное положение.
Опорное кольцо 87, находящееся на барже 18, перемещается скольжением под внутренней стенкой 102 в виде усеченного конуса во время поворота баржи 18 вокруг башни 16 и промежуточной конструкции 20. Баржа 18 может свободно поворачиваться вокруг башни 16, не приводя во вращение промежуточную конструкцию 20 вокруг оси-вращения А-А′.
При этом трубопровод 24 транспортировки занимает свою конфигурацию соединения.
Таким образом, устройство 146 быстрого отсоединения соединено, и нижний участок 140 соединен с промежуточным участком 142 через отсечные клапаны 160, 162 и быстрый соединитель 164.
Таким образом, обеспечивается непрерывное прохождение текучей среды от дна водного пространства 12 к поверхности последовательно через нижний участок 140, промежуточный участок 142 и верхний участок 144.
Во время поворота баржи 18 вокруг башни 16 наружный конец 154 намотанной секции 150 шланга, неподвижный во вращении относительно баржи 18, перемещается в угловом направлении вокруг оси А-А′ относительно внутреннего конца гибкой секции 150, неподвижного во вращении относительно башни 16.
Секция 150 шланга соответственно наматывается или разматывается, опираясь на опорные стенки 102, 82 в виде усеченного конуса. Это позволяет адаптировать изменения углового положения баржи 18 относительно башни 16 и одновременно обеспечивать транспортировку текучей среды через трубопровод 24 транспортировки.
Если необходимо осуществить отсоединение, например, когда погодные условия ухудшаются, отсечные клапаны 160, 162 закрываются. Быстрый соединитель 164 отсоединяют для освобождения нижнего участка 140 относительно промежуточного участка 142.
Домкрат 124 устройства 120 перемещения поступательным движением активируют для подъема промежуточной конструкции 20 относительно башни 16 вдоль оси А-А′ и ее перевода из ее конфигурации удержания в конфигурацию приведения во вращение.
Кольцевая подошва 106 поднимается и отходит от опорной стенки 52.
При этом промежуточная конструкция 20 приводится во вращение вокруг оси А-А′ плавучей баржей 18. Она может свободно перемещаться вращением вокруг оси А-А′ относительно башни 16.
В этой конфигурации внутренний конец 152 секции 150 шланга перемещается вместе с наружным концом 154 этой секции 150 шланга таким образом, чтобы поворот баржи 18 вокруг оси А-А′ не влиял на наматывание секции 150 шланга вокруг оси А-А′. Таким образом, внутренний конец 152 остается неподвижным в угловом направлении относительно наружного конца 154.
Таким образом, баржа 18 может совершать повороты в очень больших угловых интервалах вокруг башни 16, в частности превышающих один оборот и даже превышающих несколько оборотов, в зависимости от атмосферных условий и от течения.
Башня 16 остается по существу неподвижной относительно дна водного пространства 12 и удерживается средствами 32 крепления.
Когда атмосферные условия опять становятся нормальными, можно очень просто опять подсоединить установку.
Для этого ролики 107 откидывают в их положение качения, чтобы воспринимать вес конструкции 20, затем домкрат 124 устройства 120 перемещения перемещают, чтобы перевести промежуточную конструкцию 20 из ее конфигурации приведения во вращение в конфигурацию удержания.
При этом шестерня 128 зацепляется с колесом 126, и опорная подошва 106 опять приходит в положение опоры на опорную стенку 52.
Затем включают двигатель 132, чтобы совместить в угловом направлении свободный конец промежуточного участка 142, оборудованный клапаном 160, со свободным концом нижнего участка 144, оборудованным клапаном 162, и опять подсоединить соединитель 164. При этом ролики 107 убирают и осуществляют соединение.
Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает быстрое и надежное отсоединение устройства 10 перекачки в случае возникновения экстремальных условий и одновременно нормальную работу во время свободного или управляемого поворота баржи 18 относительно башни 16 вокруг оси А-А′, когда трубопровод 24 транспортировки соединен для перемещения текучей среды между дном и поверхностью.
Кроме того, способ обеспечивает простое повторное соединение каждого трубопровода 24 транспортировки, когда условия позволяют возобновить добычу текучей среды.
На фиг.5-8 показано второе устройство 210 перекачки в соответствии с настоящим изобретением.
В отличие от первого устройства 10 перекачки, показанного на фиг.1-4, промежуточная конструкция 20 по существу полностью расположена в кольцевом пространстве между башней 16 и корпусом 60, в шахте 70.
Так, промежуточная конструкция 20 содержит полую наружную цилиндрическую трубу 220 и множество наружных стенок 222 в виде усеченного конуса удержания каждого промежуточного участка 142 трубопровода 24.
Наружная труба 220 содержит полую цилиндрическую нижнюю часть 224 с осью А-А′ и опорный наружный фланец 226 выступающий в радиальном направлении наружу от верхнего края цилиндрической нижней части 224.
Нижняя часть 224 ограничивает кольцевое внутреннее пространство 228 для прохождения части промежуточного участка 144 каждого трубопровода 24.
Наружные стенки 222 в виде усеченного конуса расположены друг над другом вдоль оси А-А′.
Каждая стенка 222 в виде усеченного конуса выступает внутрь в сторону оси А-А′ от нижней части 224. В проекции на осевую плоскость, проходящую через ось А-А′, каждая стенка 222 образует угол, превышающий 10°.
Каждая стенка 222 в виде усеченного конуса предназначена для размещения на ней части намотанной секции 150 шланга.
Башня 16 содержит внутреннюю цилиндрическую трубу 40, проходящую напротив корпуса 30. На внутренней трубе 40 выполнено множество внутренних 230 стенок в виде усеченного конуса, находящихся напротив каждой наружной стенки 222 в виде усеченного конуса.
Башня 16 содержит также опорный фланец 44, расположенный над трубой 40 и выступающий в радиальном направлении относительно трубы 40. Опорный фланец 44 установлен с возможностью вращения относительно баржи 18 на опорах 231, неподвижно соединенных с баржей и расположенных вокруг шахты 70, при этом между опорами 231 и фланцем 44 установлены опорные подшипники.
Кроме того, под кольцевой трубой 220 башня 16 ограничивает опорную поверхность 232 устройства 120 перемещения поступательным движением. Таким образом, в отличие от первого устройства 10 устройство 120 перемещения поступательным движением установлено на башне 16.
Корпус 60 баржи 18 ограничивает опорный заплечик 240 фланца 226, открывающийся в сторону оси А-А′. Заплечик 240 находится в верхней части шахты 70.
Как показано на фиг.6, каждый нижний участок 140 трубопровода 24 транспортировки проходит до осевого положения вдоль оси А-А′, находящегося в канале 48 напротив наружной стенки 230 в виде усеченного конуса.
Внутренний конец 152 каждого промежуточного участка 142 неподвижно соединен с нижним участком 140 через внутреннюю трубу 40 башни без использования устройства быстрого отсоединения.
Как было указано выше, каждый промежуточный участок 142 содержит намотанную секцию 150 шланга, которая проходит в кольцевом пространстве, образованном шахтой 70 между внутренней трубой 40 и наружной трубой 220, опираясь на находящиеся друг против друга стенки 230 в виде усеченного конуса.
Наружный конец 154 секции 150 шланга закреплен на наружной трубе 220. Он соединен через наружную трубу 220 с верхней частью 250 промежуточного участка 142, которая проходит вертикально через кольцевое пространство 228 до фланца 226.
Верхние части 250 различных промежуточных участков 142 распределены в кольцевом пространстве 228 и отделены друг от друга промежутками в угловом направлении вокруг оси А-А′.
Кроме того, в отличие от устройства 10 перекачки устройство 146 отсоединения второго устройства 210 перекачки установлено между промежуточным участком 142 и верхним участком 144.
Для этого, как показано на фиг.7, на входном свободном конце верхнего участка 144 над фланцем 226 и заплечиком 240 установлен верхний отсечный клапан 160, и на выходном свободном конце верхней части 250 в кольцевом пространстве 228 установлен нижний отсечный клапан 162.
Над фланцем 226 между клапанами 160, 162 установлен соединитель 164.
В отличие от устройства 10, показанного на фиг.1-4, промежуточная конструкция 20 устройства 210 занимает свою конфигурацию приведения во вращение во время добычи текучей среды, когда трубопровод 24 подсоединен.
Таким образом, фланец 226 наружной трубы 220 опирается под действием собственного веса на опору 252, выполненную на заплечике 240, ограниченном корпусом.
В этой конфигурации баржа 18 и промежуточная конструкция 20 могут перемещаться вращением вместе вокруг башни 16,
Во время этого вращения опоры 231, неподвижно соединенные с баржей, поворачиваются вокруг оси А-А′ под фланцем 44 на опорных подшипниках.
При этом намотанная секция 150 шланга каждого трубопровода 24 наматывается и разматывается на соответствующих стенках 222, 230 в виде усеченного конуса между внутренним концом 152, который является неподвижным во вращении относительно башни 16, и наружным концом 154, который неподвижно соединен во вращении с баржей 18.
В случае экстренного отсоединения соединитель 164 отсоединяют, как показано на фиг.8, после закрывания отсечных клапанов 160, 162.
Каждый домкрат 124, неподвижно соединенный с башней 16, поднимает при этом трубу 220 для ее перемещения поступательным движением вдоль оси А-А′. Это освобождает промежуточную конструкцию 20 от баржи 18 и переводит промежуточную конструкцию 20 из ее конфигурации приведения во вращение в ее конфигурацию удержания.
В конфигурации удержания, показанной на фиг.8, труба 220 и ее фланец 226 полностью отходят от баржи 18 над опорой 252, находящейся в заплечике 240. Баржа 18 может свободно поворачиваться под промежуточной конструкцией 20, не приводя ее во вращение.
Промежуточная конструкция 20, наоборот, удерживается неподвижно во вращении относительно башни 16. Таким образом, наружный конец 154 гибкой секции остается неподвижным в угловом направлении относительно внутреннего конца 152.
Поскольку трубопровод 24 отсоединен на уровне устройства 146 отсоединения, плавучая баржа 18 может свободно поворачиваться вокруг башни 16 в очень больших угловых интервалах, в частности, превышающих один оборот, не меняя углового положения наружного конца 154 намотанной секции 150 шланга относительно внутреннего конца 152 этой секции и, следовательно, без скручивания секции 150 намотанного шланга.
Третье устройство 310 транспортировки в соответствии с настоящим изобретением показано на фиг.9. В отличие от второго устройства 210 это третье устройство 310 содержит дополнительную промежуточную конструкцию 312 удержания секций 150 шланга дополнительной группы трубопроводов 24.
Дополнительная конструкция 312 содержит трубчатый корпус 313, расположенный в канале 48, ограниченном в центре башни 16, множество вспомогательных опорных стенок 314 в виде усеченного конуса и вспомогательный фланец 316 опоры на кольцевой кронштейн 318, неподвижно соединенный с баржей 18.
Корпус 313 проходит вдоль оси А-А′ напротив внутренней трубы 40 башни 16.
Каждая вспомогательная стенка 314 выступает от корпуса 313 в направлении внутренней трубы 40. Каждая стенка 314 расположена напротив соответствующей опорной стенки 317 в виде усеченного конуса, неподвижно соединенной с внутренней поверхностью трубы 40.
На каждой паре вспомогательных стенок 314, 317 находится секция 150 шланга трубопровода 24. Как было указано выше, первый конец секции 150 шланга неподвижно соединен с корпусом 313, и второй конец секции 150 шланга неподвижно соединен с трубой 40.
Кольцевой кронштейн 318 выступает в радиальном направлении вокруг и над фланцем 44 и шахтой 70. Он закреплен снаружи на верхней поверхности баржи 18.
Таким образом, дополнительная конструкция 312 может перемещаться поступательным движением вдоль оси А-А′ между конфигурация приведения во вращение баржей 18, в которой фланец 312 опирается на кронштейн 318, и конфигурацией удержания башней 16, в которой фланец 316 находится на расстоянии от баржи 18.
Как было указано выше, домкрат 320, установленный на башне, расположен под трубчатым корпусом 313 для перемещения дополнительной конструкции 312 из ее конфигурации приведения во вращение в ее конфигурацию удержания.
Таким образом, в конфигурации приведения во вращение концы каждой секции 150 шланга, находящейся на каждой паре находящихся друг против друга опорных стенок 314, 317, являются подвижными в угловом направлении относительно друг друга. В конфигурации удержания концы каждой секции 150 шланга, находящейся на каждой паре находящихся друг против друга опорных стенок 314, 317, являются неподвижными в угловом направлении относительно друг друга.
Предпочтительно башня 16 содержит два независимых корпуса 16′, 16″, установленных с возможностью отсоединения друг от друга при помощи известных средств 600 соединения.
На фиг.10 схематично показана такая башня, применяемая с системой перекачки согласно второму варианту осуществления изобретения. Действительно, на фиг.10 показано устройство 710 перекачки, содержащее башню 16, закрепленную на морском дне, и баржу 18, установленную с возможностью поворота вокруг башни 16. На фиг.10 показана также промежуточная конструкция 20, образующая полую наружную цилиндрическую трубу, согласно варианту осуществления, показанному на фиг.5-9.
Способ отсоединения устройства перекачки, состоящего из верхнего корпуса 16″ башни, промежуточной конструкции 20 и баржи 18, осуществляют аналогично с устройством, описанным со ссылками на фиг.5-9. Поэтому в данном случае будут описаны только особенности башни 16.
Башня 16 содержит плавучий нижний корпус 16′. Кроме того, этот нижний корпус можно отсоединять от верхнего корпуса 16″, как будет описано ниже.
Нижний корпус 16′ башни неподвижно соединяют с верхним корпусом 16″ башни при помощи известных средств 600 соединения. На этом нижнем корпусе 16′ башни установлена система 32 крепления баржи 18. Кроме того, как показано на фиг.10, нижний участок 140 трубопровода транспортировки текучей среды содержит первую часть 140″, проходящую через верхний корпус 16″ башни в направлении А-А′, которое на фиг.10 является вертикальным, и вторую часть 140′, проходящую через нижний корпус 16′ башни в направлении А-А′. Обе части 140′, 140″, образующие нижний участок 140, соединены при помощи системы 610 отсоединения, расположенной между верхним корпусом 16″ и нижним корпусом 16′. Как правило, нижняя часть 140′ доходит до морского дна.
Верхний корпус 16″ башни оборудован подшипниковой опорой для обеспечения вращения баржи вокруг этой опоры, тогда как нижний корпус 16′ не имеет собственной подшипниковой опоры. При нормальном режиме работы нижний корпус 16′ башни неподвижно соединен с верхним корпусом 16″ башни. Таким образом, башня 18 может поворачиваться вокруг двух корпусов 16′ и 16″ башни через подшипниковые опоры верхнего корпуса 16″ башни.
На фиг.11 детально показана часть нижнего корпуса 16′ башни. Этот нижний корпус 16′ содержит наружную стенку 500 с осью А-А′, образующую первую наружную трубу 500. Вторая полая цилиндрическая труба 510 высотой вдоль оси А-А′, соответствующей высоте наружной трубы 500, расположена внутри первой трубы 500, ограничивая таким образом кольцевое пространство 520 между двумя трубами. Трубы 510, 520 закрыты верхней стенкой и нижней стенкой 525, 526.
В кольцевом пространстве 520 расположены прямые трубки 540 ("I tube" на английском языке), имеющие диаметр, достаточный для размещения в них нижних частей 140′ нижних участков 140. Концы прямых трубок 540 выходят на уровне верхней 525 и нижней 526 стенок, ограничивая, каждый, циркуляционный канал в осевом направлении А-А′. В эти циркуляционные каналы должны заходить нижние части 140′ каждого нижнего участка 140. Они расположены через равномерные промежутки по окружности кольцевого пространства нижнего корпуса 16′. Эти прямые трубки 540 обеспечивают также усиление нижнего корпуса 16′ конструкции.
На фиг.12 в поперечном разрезе перпендикулярно оси А-А' показано равномерное распределение прямых трубок 540 в кольцевом пространстве 520.
Через промежутки вдоль оси А-А′ в плоскости, перпендикулярной к оси А-А′ расположены перегородки 530, 531, разделяющие кольцевое пространство 520 нижнего корпуса 16′ на отдельные независимые герметичные отсеки. Предпочтительно отсеки нижнего корпуса 16′ башни оборудованы клапанами для контроля и коррекции плавучести нижнего корпуса 16′.
Предпочтительно центральное кольцевое пространство 740 можно использовать для прокладки трубопроводов 520 и подводных насосов с целью нагнетания на поверхность баржи 18 холодной воды для охлаждения оборудования, расположенного на барже 18. Эти трубопроводы 560 могут быть выполнены из полимерного материала и проходят внутри центральной шахты 740 башни вдоль оси А-А′ между поверхностью баржи и глубиной в несколько десятков метров.
Далее следует описание способа отсоединения нижнего корпуса 16′, в котором находятся нижние части 140′ нижних участков 140. Этот этап осуществляют после этапа отсоединения промежуточного участка 142 и нижнего участка 140, который обеспечивает свободное вращение баржи 18 вокруг башни 16 и был описан выше.
Отсоединение нижнего корпуса 16′ осуществляют следующим образом. Сначала изолируют и разъединяют первую часть 140′ и вторую часть 140′′ нижнего участка 40, закрывая клапаны системы 610 отсоединения. Затем нижний корпус 16′ башни отсоединяют от верхнего корпуса 16′′ башни. Остаточная плавучесть остающегося на месте нижнего корпуса 16′ позволяет его опустить. При необходимости нижний корпус 16′ башни слегка балластируют для того, чтобы начать опускание нижнего корпуса 16′.
Затем нижний корпус 16′ башни стабилизируют на глубине намного ниже баржи 18. Для этого достаточно скорректировать плавучесть нижнего корпуса 16′, чтобы он достиг и сохранял свое положение равновесия. Надводную установку 18 можно отвести от места добычи.
Предпочтительно надводную установку с верхним корпусом 16″ башни отводят, когда погодные условия становятся экстремальными или когда надводная установка нужна на другом месте.
Таким образом, отсоединенный от верхнего корпуса 16″ башни, нижний корпус 16′ башни предпочтительно образует временную подводную установку для удержания нижних частей 140′ восходящих трубопроводов и средств 32 крепления баржи 18. Затем их можно подобрать, как это будет описано ниже.
Согласно еще одному предпочтительному варианту использования нижнего корпуса 16′ башни, на нижнем корпусе 16′ башни находятся нижние части 140′ и средства крепления баржи 18 на глубине воды в несколько десятков метров, достаточной, чтобы избежать любого столкновения с надводной установкой. После этого надводную установку или баржу 18 располагают над нижним корпусом 16′. При этом плавучесть нижнего корпуса 16′ увеличивают, чтобы поднять верхний корпус 16′ на поверхность. Направляющие тросы позволяют направлять нижний корпус 16′ в его гнезде, выполненном в шахте надводной установки 18 под верхним корпусом 16″ башни. Затем части 140′ и 140″ нижнего участка совмещают, поворачивая баржу 18 вокруг башни, при этом верхний корпус 16″ удерживают неподвижно во вращении относительно баржи 18. После этого нижний корпус 16′ неподвижно соединяют с верхним корпусом 16″.
Показанная на фиг.10 башня была описана для второго варианта осуществления устройства перекачки в соответствии с настоящим изобретением. Однако ее можно использовать и в первом варианте осуществления устройства перекачки.
В варианте осуществления, показанном на фиг.5-8, промежуточную конструкцию 20 поднимают при помощи домкратов для физического отсоединения промежуточной конструкции 20 от баржи  18 таким образом чтобы промежуточная конструкция 220 была неподвижно соединена с башней 16.
В предпочтительном варианте, который позволяет избежать поднятия промежуточной конструкции 20, устройство 124 вертикального перемещения (образованное домкратами) заменяют вращающимися подшипниками (качения или скольжения) на поверхностях 232 и 226 и соответствующим устройством блокировки вращения промежуточной конструкции 20 относительно башни 16, которое позволяет неподвижно соединить промежуточную конструкцию 20 с башней 16 в отсоединенном положении без вертикального перемещения промежуточной конструкции 20 относительно башни 16 или относительно баржи 18.
Чтобы избежать повреждения трубопроводов после их отсоединения, их верхние концы удерживают натянутыми, например, путем их совместного крепления на верхнем колесе.