ТУРЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ШВАРТОВНОЙ БОЧКИ
MOORING BUOY TURRET SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе швартовной бочки для разъемного присоединения одной или более водоотделяющих колонн и якорных канатов к находящейся на плаву конструкции, такой как судно, в частности, шельфовое судно с внутренней или внешней турельной швартовной системой, а также к способу присоединения швартовных канатов к находящейся на плаву конструкции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройство для повторного подсоединения обычно состоит из лебедочного троса повторного подсоединения, соединенного с бочкой. Чтобы повторно подсоединить турель шельфового судна, лебедкой подтягивают лебедочный трос для приведения бочки к судну до конечного положения стопорения. В этом устройстве лебедочный трос рассчитан на выдерживание средней нагрузки, соответствующей средней нагрузке, ожидаемой в течение подтягивания бочки, которая представляет собой изменение подвешенной массы между тяговыми усилиями при соединении и разъединении. Подвешенная масса представляет собой объединенную массу одной или более водоотделяющих колонн и якорных канатов, выпущенных от плавучего тела. В дополнение к основной нагрузке лебедка подвергается динамическим нагрузкам, соответствующим силам инерции, наводимым перемещениями судна и бочки. В зависимости от максимального состояния моря при повторном подсоединении динамические нагрузки могут приводить к возникновению рывковых нагрузок и очень высоких пиковых нагрузок на лебедку. Чтобы уменьшить эти нагрузки, можно вводить систему компенсации вертикального перемещения для снижения пиковой нагрузки и тем самым требуемой грузоподъемности лебедки. Недостаток такой оснастки заключается в сложности такого устройства и необходимости иметь пространство/объем в турельном манифольде.
В патентном документе ЕР2492183 А1 раскрыта разъемная швартовная система. Известная система включает в себя бочку, которая снабжена коническим внешним кожухом и соответствующим коническим приемником бочки на нижнем конце турельной конструкции судна для приема с возможностью освобождения элемента бочки. Кроме того, швартовная система содержит множество швартовных канатов для передачи усилий при швартовке, каждый из которых имеет нижний конец и верхний конец, соединенные с морским дном и элементом бочки, соответственно. В этой публикации показано, что каждый из якорных канатов содержит первую часть и вторую часть, соединенную с первой частью в точке соединения и соединенную с элементом бочки. Длину второй части между точкой соединения и соединением ее с элементом бочки выбирают так, что, когда элемент бочки принимается в приемнике бочки вместе с первой частью, соединенной с турельной конструкцией, и находится в состоянии передачи усилий при швартовке, вторая часть находится в состоянии провисания, не нагруженной усилиями при швартовке. В этой конфигурации исключены динамические нагрузки, создающиеся вследствие относительных перемещений судна и бочки во время причаливания судна, однако не исключается необходимость в высокой грузоподъемности лебедки и/или системе компенсации вертикального перемещения, используемой в течение операций соединения (разъединения).
Альтернативная разъемная система швартовной бочки раскрыта в патентном документе ЕР2303680 А2. Эта система содержит подъемное устройство, которое размещено на корпусе судна вместе с кабелем, который продолжается через полость к грузу, который расположен ниже днищевой части корпуса судна, швартовная бочка прикреплена к кабелю, швартовная бочка несет якорные канаты, которые соединены с морским дном и могут приниматься в полости для соединения с судном, при этом швартовная бочка содержит центральный вал, через который проходит кабель, бочка является подвижной относительно кабеля в направлении длины кабеля, и этот груз расположен на кабеле около или ниже бочки, стопор предусмотрен на кабеле для зацепления с бочкой и для блокирования относительного перемещения бочки и кабеля, при этом стопор прикреплен к кабелю вблизи верхнего или нижнего конца бочки.
Груз, добавленный к бочке, вызывает погружение бочки на определенную заданную глубину ниже поверхности воды при отсоединении от судна. Подъем бочки к судну осуществляется посредством подтягивания груза, подвешенного к кабелю, что позволяет бочке подниматься благодаря собственной плавучести к полости для соединения. При подъеме только груза, который подвешен к бочке без приложения нормального тягового усилия к бочке, бочка будет подниматься к поверхности вследствие собственной плавучести после того, как груз поднимется с бочки посредством подтягивания кабеля, соединенного с лебедкой на судне. Недостаток этой системы заключается в том, что вследствие груза, добавленного к бочке, может потребоваться более крупная бочка для получения необходимой плавучести в ситуациях разъединения.
Задача настоящего изобретения заключается в создании системы швартовной бочки, в которой исключены или по меньшей мере минимизированы влияния динамических нагрузок на процесс соединения, вследствие чего уменьшается необходимый размер лебедки и исключается необходимость в системе компенсации вертикального перемещения. Дальнейшая задача настоящего изобретения заключается в упрощении и минимизации размера оборудования, необходимого для разъемной швартовки находящейся на плаву конструкции.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача решается системой швартовной бочки для разъемного присоединения одной или более водоотделяющих колонн и якорных канатов к турели находящейся на плаву конструкции, в которой бочка содержит плавучее тело для поддержания одной или более водоотделяющих колонн, которые продолжаются в подводную углеводородную скважину; множество якорных канатов для соединения множества якорных канатов с плавучим телом так, чтобы каждый якорный канал имел один конец, соединенный с одним из соединителей, противоположный конец, соединенный с морским дном; и трос повторного подсоединения, в которой в равновесном состоянии плавучесть плавучего тела (1) равна массе плавучего тела с добавлением подвешенной массы одной или более водоотделяющих колонн (3) и тягового усилия якорных канатов, в которой трос повторного подсоединения проходит по каналу, совпадающему с центральной линией плавучего тела, и является соединяемым на одном конце с каждым из якорных канатов ниже плавучего тела, на некотором расстоянии от соединителей якорных канатов, посредством соединительных частей якорных канатов и содержит на другом конце стопорное и соединительное устройство лебедочного троса, расположенное на стороне плавучего тела, противоположной стороне, где соединители якорных канатов являются соединяемыми.
Преимущество этой конфигурации заключается в том, что, когда лебедочный трос соединен с тросом повторного подсоединения с помощью соединительного устройства лебедочного троса, и при наличии якорных канатов, присоединенных на противоположной стороне троса повторного подсоединения, он будет непосредственно натягивать якорные канаты, минуя плавучее тело, благодаря прохождению троса повторного подсоединения через это тело. Этим образуется основной путь нагружения, ограничивающий влияние динамических нагрузок, налагаемых на лебедку вследствие действия инерционных сил и динамического усиления, обусловленного перемещениями судна и бочки.
Кроме того, в настоящем изобретении используется плавучее тело исключительно простой геометрии без всякой дополнительной добавочной массы. Это позволяет использовать бочку минимального размера для поддержания водоотводящих колонн и якорных канатов в готовности для повторного подсоединения на определенной заданной глубине ниже поверхности воды.
В одном варианте осуществления соединения якорных канатов расположены на ненулевом радиальном расстоянии от центральной линии плавучего тела. Результатом соединения якорных канатов на одном и том же радиальном расстоянии является хорошая устойчивость бочки, обусловленная распределенными нагрузками при стоянке на якоре, когда бочка натягивает якорные канаты. Кроме того, в этой компоновке имеется некоторый промежуток между якорными канатами и тросом повторного подсоединения, предохраняющий их от перепутывания.
В предпочтительном варианте осуществления длина троса повторного подсоединения является такой, что он провисает, когда стопорное и соединительное устройство лебедочного троса находится в контакте со стороной, противоположной стороне плавучего тела, где соединители якорных канатов соединены с якорными канатами. Это приводит к возникновению прямого пути нагружения для нагрузок на плавучее тело при стоянии на якоре, когда оно не поднимается к судну.
Кроме того, трос повторного подсоединения является соединяемым с якорными канатами на расстоянии от соединения якорного каната с плавучим телом, так что при соединении натяжение части якорного каната между соединением троса повторного подсоединения и плавучим телом ослабляется, когда трос повторного подсоединения подтягивается вверх, вследствие чего создается расстояние между стопорным и соединительным устройством лебедочного троса и плавучим телом. Плавучее тело может перемещаться независимо от комбинации лебедочного троса и якорного каната в пределах длины провисшей части якорных канатов. В результате в значительной степени исключаются динамические нагрузки, прилагаемые к лебедке, вследствие действия инерционных сил и динамического усиления, обусловленных перемещениями судна и бочки. Оптимальная грузоподъемность лебедки может быть близка к или равна минимальной необходимой грузоподъемности, которая соответствует средней нагрузке, ожидаемой в течение подтягивания бочки без использования системы компенсации вертикального перемещения.
Когда трос повторного подсоединения соединен с якорными канатами и находится под натяжением с помощью лебедки, якорные канаты оказывают меньшее воздействие на плавучее тело. В этой ситуации плавучее тело воспринимает всего лишь пониженное усилие от якорного крепления и несет одну или более водоотделяющих колонн и начинает всплывать вследствие собственной плавучести, при этом подъем бочки непосредственно регулируется скоростью подтягивания лебедочного троса.
Предпочтительный способ подтягивания вверх одной или более водоотделяющих колонн и якорных канатов для разъемного прикрепления водоотделяющих колонн и якорных канатов к турели корпуса судна содержит этапы прикрепления лебедочного троса от турельной швартовной системы судна к тросу повторного подсоединения системы швартовной бочки, описанной выше, при этом бочка находится в равновесном состоянии, в котором плавучесть плавучего тела (1) равна массе плавучего тела с добавлением подвешенной массы одной или более водоотделяющих колонн (3) и тягового усилия якорных канатов; наматывания лебедочного троса, в результате чего трос повторного подсоединения вытягивается непосредственно на якорных канатах через центр плавучего тела, так что часть якорных канатов между соединением троса повторного подсоединения и соединителем якорных канатов становится провисающей, при этом снижается подвешенная масса на плавучем теле; продолжения наматывания лебедочного троса с контролируемой или заданной скоростью для поддержания провисающей части якорного каната между соединением троса повторного подсоединения и соединителем якорных канатов и обеспечения возможности поддержания плавучим телом одной или более водоотделяющих колонн всплывающими при использовании только силы плавучести плавучего тела.
При этом скоростью наматывания лебедочного троса непосредственно регулируют всплытие бочки.
За этими этапами могут следовать последующие этапы, которые образуют способ прикрепления одной или более водоотделяющих колонн к турели корпуса судна: подтягивание вверх одной или более водоотделяющих колонн, описанных выше, при этом наматывание лебедочного троса продолжают до помещения плавучего тела в турельную конструкцию; фиксация плавучего тела к турельной конструкции; отпускание троса повторного подсоединения, так что он провисает ниже плавучего тела, где он соединен с якорными канатами, и исключается провисание части якорных канатов между соединением троса повторного подсоединения и соединителем якорных канатов.
Когда судно швартуется, якорные силы направлены в турель через плавучее тело. Лебедочный трос может быть отсоединен от троса повторного подсоединения, при этом лебедка освобождается для других применении на борту судна.
Предпочтительный способ изготовления швартовной бочки для использования в способе подтягивания и присоединения, описанном выше, содержит этапы подготовки плавучего тела, содержащего сквозной канал, совпадающий с центральной линией плавучего тела; установки множества соединителей якорных канатов на поперечной стороне сквозного канала; установки одного или более соединителей водоотделяющих колонн на стороне, содержащей соединители якорных канатов; помещения троса повторного подсоединения через сквозной канал плавучего тела, при этом трос повторного подсоединения содержит множество тросов, равное множеству соединителей якорных канатов, на конце троса повторного подсоединения, выходящем из плавучего тела на стороне, имеющей прикрепленные соединители якорных канатов, и установки стопорного и соединительного устройства лебедочного троса на противоположном конце троса повторного подсоединения. Кроме того, способ может содержать изготовление плавучего тела, содержащего сквозной канал, совпадающий с центральной линией плавучего тела. Количество и размер компонентов, используемых для изготовления этой швартовной бочки, сравнимо с количеством и размером компонентов, используемых для создания обычных швартовных бочек. Вследствие необходимости минимальных модификаций относительно обычной бочки способ изготовления может быть аналогичен по затратам и времени.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже изобретение будет пояснено более подробно с обращением к чертежам, на которых показаны его иллюстративные варианты осуществления. Чертежи предназначены исключительно для иллюстрации и не являются ограничивающими концепцию изобретения. Объем изобретения ограничивается только определениями, представленными в прилагаемой формуле изобретения. На чертежах:
фиг. 1 – поперечное сечение системы швартовной бочки в погруженном равновесном состоянии;
фиг. 2 – поперечное сечение системы швартовной бочки в состоянии подъема бочки;
фиг. 3 – поперечное сечение системы швартовной бочки в конечном состоянии подъема перед состоянием соединения;
фиг. 4 – поперечное сечение системы швартовной бочки в состоянии соединения; и
фиг. 5 – поперечное сечение судна для работ на шельфе, содержащего турельную систему швартовки, пришвартованного с использованием системы швартовной бочки.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показано поперечное сечение системы швартовной бочки в равновесном состоянии, где швартовная бочка 100 содержит плавучее тело 1, соединители 5 якорных канатов и трос повторного подсоединения. Трос повторного подсоединения содержит основную часть 2 троса повторного подсоединения с соединительными частями 10 якорных канатов троса повторного подсоединения, расположенными на одном конце, и стопорным и соединительным устройством 7 лебедочного троса, расположенным на другом конце. Плавучее тело 1 содержит канал 8, проходящий вдоль центральной линии С, образующий сквозную полость от верхней стороны до нижней стороны через плавучее тело 1. Трос повторного подсоединения проходит через этот канал 8, так что стопорное и соединительное устройство 7 лебедочного троса расположено на верхней стороне плавучего тела 1 и соединительная часть 10 якорных канатов расположена на некотором расстоянии от нижней стороны плавучего тела 1.
Кроме того, швартовная бочка 100 соединена с одной или более водоотделяющими колоннами 3 и через соединители 5 якорных канатов соединена с якорными канатами. Каждый из якорных канатов содержит основную часть 4 якорного каната с более короткой частью 9 якорного каната, присоединенной к одному концу ее. Якорные канаты могут быть тросами, канатами или цепями или комбинацией их, изготовленными из металлов и/или полимеров.
Одна или более водоотделяющих колонн 3 соединены с плавучим телом 1 на нижней стороне.
Соединители 5 якорных канатов расположены на ненулевом радиальном расстоянии от центральной линии С плавучего тела 1, на той же самой стороне, на которой находится одна или более водоотделяющих колонн, то есть на нижней стороне. Этим гарантируется, что соединительные части 10 якорных канатов троса повторного подсоединения не спутаются с основным тросом 2 повторного подсоединения, якорными канатами или одной или более водоотделяющими колоннами 3. Соединители 5 якорных канатов и соединители водоотделяющих колонн отнесены на достаточное расстояние друг от друга и находятся на достаточном расстоянии от центральной линии С, где расположена основная часть троса 2 повторного подсоединения.
Якорные канаты присоединены к плавучему телу 1 на соединителях якорных канатов посредством свободных концов более коротких частей 9 якорных канатов.
Свободные концы соединительных частей 10 якорных канатов тросов повторного подсоединения прикреплены к якорным канатам в точке 6 соединения, на некотором расстоянии ниже плавучего тела 1, где основные части 4 якорных канатов соединены с более короткими частями 9 якорных канатов. Расположением соединителей якорных канатов на ненулевом радиальном расстоянии от центральной линии С гарантируется действие соединительных частей 10 якорных канатов троса повторного подсоединения и более коротких частей 9 якорных канатов способом, при котором любой один из канатов выдерживает значительную часть натяжения или предпочтительно все натяжение якорных канатов.
В этом равновесном состоянии стопорное и соединительное устройство 7 лебедочного троса находится на верхней поверхности плавучего тела 1, так что основная часть 2 троса повторного подсоединения продолжается на некоторое расстояние ниже плавучего тела 1. Соединительные части 10 якорных канатов троса повторного подсоединения являются провисшими, поэтому все нагрузки швартовных канатов передаются через основные и более короткие части 4, 9 якорных канатов. Равновесие существует благодаря плавучести плавучего тела 1, равной массе плавучего тела с добавлением подвешенной массы одной или более водоотделяющих колонн 3 и тягового усилия якорных канатов.
На фиг. 2 показано поперечное сечение системы швартовной бочки в состоянии подъема бочки. В этом состоянии лебедочный трос 11 соединен со стопорным и соединительным устройством 7 лебедочного троса швартовной бочки 100 из фиг. 1. Зацепление лебедочного троса 11 является причиной выпуска стопорного и соединительного устройства 7 лебедочного троса с верхней поверхности плавучего тела 1 и перемещения основной части 2 троса повторного подсоединения вдоль центральной линии С относительно канала 8 плавучего тела 1, так что соединительные части 10 якорных канатов троса повторного подсоединения на противоположной стороне плавучего тела 1 натягиваются и более короткие части 9 якорных канатов выше соединения с вытянутым тросом являются свободными. В результате масса якорного каната исключается из силы, противодействующей плавучести плавучего тела 1, что позволяет швартовочной бочке 100 свободно подниматься к поверхности.
Наматыванием лебедочного троса со скоростью, равной скорости подъема бочки, гарантируется, что более короткие части 9 якорных канатов останутся провисшими, так что любые вертикальные перемещения швартовной бочки 100, вызываемые перемещениями судна, не зависят от лебедочного троса 11 в продолжение состояния подъема. В результате перемещения швартовной бочки 100 и судна, с которого действует лебедка, являются несвязанными и поэтому на лебедку больше не воздействуют силы инерции и динамическая нагрузка, что позволяет иметь безопасное соединение в условиях сильного волнения.
На фиг. 3 показано поперечное сечение системы швартовной бочки при конечном подъеме бочки до состояния соединения. Перед достижением линии WL воды швартовная бочка 100 входит в полость 110 турели 150, содержащей лебедку 12, наматывающую лебедочный трос 11. Поскольку лебедочный трос 11 остается зацепленным, швартовная бочка 100 остается в состоянии подъема, прилагающей тянущее усилие к одной или более водоотделяющим колоннам 3, и подъем швартовочной бочки прекращается только благодаря турели 150.
Затем плавучее тело 1 фиксируется в полости 110 турели 150 и натяжение лебедочного троса 11 ослабляется, начиная от стопорного и соединительного устройства 7 лебедочного троса.
Результирующее состояние показано на фиг. 4, на которой показано поперечное сечение системы швартовной бочки с швартовной бочкой 100 в состоянии соединения с судном 200. Стопорное и соединительное устройство 7 лебедочного троса находится на верхней поверхности плавучего тела 1, и это опять обуславливает протягивание основной части 2 троса повторного подсоединения на некоторое расстояние ниже плавучего тела 1 и соединительные части 10 якорных канатов троса повторного подсоединения становятся провисшими. В результате все нагрузки швартовных канатов передаются через основные и более короткие части 4, 9 якорных канатов. Плавучесть плавучего тела 1 меньше, чем тянущее вниз усилие, проистекающее от якорных канатов и подвешенной массы водоотделяющих колонн 3, в связи с чем объединенная нагрузка при стоянке на якоре будет передаваться на турель 150.
На фиг. 5 показано поперечное сечение части судна 200 для работ на морском шельфе, содержащего турельную швартовную систему, при этом турельная швартовная система соединена с якорными канатами и одной или более водоотделяющими колоннами посредством системы швартовной бочки.
Изобретение было описано с обращением к предпочтительному варианту осуществления. Очевидные модификации и варианты будут приходить на ум другим лицам при чтении и усвоении предшествующего подробного описания. Предполагается, что изобретение будет толковаться как включающее все такие модификации и варианты, поскольку они находятся в объеме прилагаемой формулы изобретения.