ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА С ТУРЕЛЬЮ, ОСНАЩЕННОЙ ОТСОЕДИНЯЕМЫМ БУЕМ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ТРУБ, ПРОХОДЯЩИХ ОТ ДНА К ПОВЕРХНОСТИ
FLOATING PLATFORM WITH TURNTABLE EQUIPPED WITH DETACHABLE BUOY FOR ANCHORING OF CONNECTION PIPES EXTENDING FROM BED TO SURFACE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к плавучей платформе, заякоренной на отсоединяемой турели.
В частности, технической областью изобретения является область подводной добычи нефти в зоне с экстремальными морскими и метеорологическими условиями, в частности, в арктической и антарктической зонах, с использованием плавучих платформ.
Уровень техники
В общем случае плавучая платформа для добычи нефти содержит якорные средства для сохранения положения, несмотря на течения, ветры и волнение. Обычно она содержит также средства бурения, хранения и обработки нефти, а также средства для выгрузки в нефтяные перевозочные средства, которые прибывают регулярно для выгрузки в них продукции. Обычным названием для таких плавучих платформ или судов являются английские термины «Плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки» ("Floating Production Storage Offloading") или «Плавучее средство для бурения и добычи» ("Floating Drilling & Production Unit") с аббревиатурой "FPSO" или "FDPU". В дальнейшем описании в целях упрощения будет использоваться термин «плавучая платформа», когда она используется также для выполнения операций бурения скважин, которые находятся под толщей воды с отклонением от положения под плавучей платформой.
Когда морские и метеорологические условия, то есть волнение, ветер и течение, становятся сложными, если не экстремальными в случае штормов, предпочтительна установка плавучей платформы на якоря с помощью турельной якорной системы, которая обычно расположена известным образом в передней трети судна на его оси. При этом судно может свободно поворачиваться вокруг турели под действием ветра, течения и волнения. Поскольку ветер, течение и волнение оказывают определенное воздействие на корпус и надстройку, плавучая платформа в результате своей степени свободы вращения вокруг вертикальной оси ZZ занимает естественное положение наименьшего сопротивления. Трубопроводы, которые обеспечивают связь с устьями скважин, обычно подсоединены к нижней стороне турели и связаны с плавучей платформой с помощью вертлюга (вращающегося соединения с уплотнением), расположенного на оси указанной турели. Когда метеорологические условия становятся экстремальными, как это случается в Северном море, в Мексиканском заливе или в арктической или антарктической зоне, плавучую платформу обычно отсоединяют, чтобы увести в укрытие и подождать приемлемых эксплуатационных условий.
Настоящее изобретение относится, в частности, к плавучей платформе для подводной добычи нефти в арктической или антарктической зоне, оснащенной под своим корпусом отсоединяемой турелью, от которой отходят якорные линии для закрепления на дне моря и трубопроводы связи с морским дном. Этот корпус содержит в своем продольном направлении по существу прямые и вертикальные борта, а также известным образом носовую часть (переднюю часть судна) и предпочтительно кормовую часть (заднюю часть судна), которые наклонены к горизонтали и предпочтительно выполнены профильными для образования форштевня с усиленным заострением, способным разламывать плавучий лед действием простого изгиба, когда лед напирает и попадает под заострение.
Предпочтительно плавучие платформы имеют корпуса с продольными по существу вертикальными бортами для придания им оптимальной вместимости для хранения нефти, а также для лучшего хода в неспокойном море. Однако корпус с вертикальными бортами особенно невыгоден в аспекте встречи с плавучим льдом. Соответственно, в патентных документах US 4102288 и US 4571125 предложены плавучие платформы, имеющие кроме прочих средств вогнутые или наклонные борта для того, чтобы способствовать разрушению льда подобно известному профилю носовой части судна с наклонным к горизонтали форштевнем.
Плавучая платформа для добычи нефти, оснащенная отсоединяемой якорной системой для якорных линий, заякоренных на дне моря и соединительных трубопроводов связи с морским дном, известным образом содержит:
- причальный буй для этих якорных линий и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, причем предпочтительно причальный буй является кольцевым буем, при этом
- данный причальный буй прикреплен под корпусом плавучей платформы к вращающемуся устройству, имеющему форму башни и называемому «турелью», причем турель прикреплена к корпусу внутри полости, проходящей через корпус по всей его высоте, и установлена с возможностью вращения относительно корпуса с помощью, по меньшей мере, одной опоры качения или скольжения, предпочтительно опоры качения, так что плавучая платформа может вращаться вокруг по существу вертикальной оси ZZ' турели и полости, не вызывая вращения причального буя относительно этой вертикальной оси ZZ', и
- соединительные трубопроводы связи с морским дном поднимаются внутри полости до соединительного устройства для множества этих трубопроводов, причем это соединительное устройство соединено с плавучей платформой на уровне ее палубы и установлено с возможностью вращения, чтобы допускать вращение плавучей платформы относительно соединительного устройства, называемого поворотным соединительным устройством.
В описанном решении уровня техники опора качения расположена либо на уровне палубы плавучей платформы, либо в нижней части под водой, то есть опора погружена, или же может использоваться комбинация двух указанных конфигураций.
Конструктивные решения, в которых опора качения расположена только на уровне палубы, пригодны только для плавучих платформ относительно небольшой высоты, а именно меньше 15 м. При большей высоте, для плавучих платформ высотой от 20 до 25 м, горизонтальная сила, действующая на турель в результате вращения плавучей платформы, вызывает изгиб конструкции турели по длине, что вызывает механическое напряжение верхней опоры качения и делает ее механически ненадежной в работе. С другой стороны, когда опора качения погружена в воду в нижней части турели, это погружение негативно влияет на надежность работы и долговечность этой опоры качения и, прежде всего, создает трудности для операций технического обслуживания. В этом случае проведение операций на месте требует использования водолазов и значительных технических средств, при этом обычно эти операции проводятся в защищенной зоне, такой как фьорд, или предпочтительно в сухом доке после отсоединения плавучей платформы. Таким образом, когда плавучая платформа предназначена для того, чтобы оставаться на месте в течение нескольких десятилетий без планового отсоединения для технического обслуживания в сухом доке или в защищенном месте, этот тип турели непригоден.
Плавучие платформы описанного типа известны из патентных документов GB 2291389 и EP 2590072.
В патентном документе WO 94/15828 описана система быстрого присоединения и отсоединения причального буя, в которой причальный буй содержит верхнюю часть, соединенную с днищем плавучей платформы, в частности, на уровне кольцевой причальной полости на нижнем конце полости, которая проходит через корпус плавучей платформы по всей его высоте и внутри которой поднимаются трубопроводы связи с морским дном. Причальный буй содержит также нижнюю часть, к которой присоединены верхние концы трубопроводов связи с морским дном, проходящих до морского дна. Эта нижняя часть причального буя выполнена вращающейся с помощью полностью погруженной в воду опоры качения, которая допускает вращение нижней части причального буя относительно его верхней части, соединенной с корпусом.
Система этого типа с полностью погруженной вращающейся частью и полностью погруженными опорами качения неприменима для присоединения большого числа трубопроводов связи с морским дном. Для этого желательно предложить систему, в которой, по меньшей мере, часть опор качения расположена в зоне вне воды, чтобы обеспечить более легкое техническое обслуживание, и использовать опоры в менее суровых условиях функционирования.
В патентном документе WO 94/15828 на днище корпуса предусмотрены внутренние емкости большой площади в горизонтальном сечении, в которых устанавливают атмосферное давление или предпочтительно разрежение. Эти внутренние емкости образуют большую площадь контакта в горизонтальном сечении с верхней частью причального буя, который предназначен для крепления к ним. Для этого между причальным буем и емкостью под атмосферным давлением создают промежуточную кольцевую зону, ограниченную двумя концентричными уплотнительными кольцами круглого сечения. Эту кольцевую зону небольшого объема соединяют с камерой под атмосферным давлением на днище судна для создания положительной плавучести системы, состоящей из прижатого к этой поверхности контакта причального буя, якорных линий и трубопроводов связи с морским дном.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание системы для присоединения и отсоединения причального буя, приводимой в действие более быстрым и простым способом, основанной на принципе создания положительной плавучести причального буя и прикрепленных к нему трубопроводов связи с морским дном с помощью насосных средств, когда причальный буй прикреплен к вращающейся турели внутри полости, проходящей по всей высоте корпуса плавучей платформы, причем ни одна часть причального буя не прикреплена к корпусу судна, а причальный буй содержит, по меньшей мере, одну опору качения, которая не погружается в воду при работе.
Для этого в соответствии с изобретением предлагается плавучая платформа для добычи нефти, снабженная отсоединяемой якорной системой для крепления на дне моря якорных линий и соединительных трубопроводов связи с морским дном, содержащая:
- причальный буй для присоединения якорных линий и первых соединительных трубопроводов связи с морским дном, проходящих от буя, на котором они укреплены, до морского дна, причем буй предпочтительно является кольцевым буем, и
- турель, проходящую внутри полости, пересекающей корпус плавучей платформы по всей его высоте, причем причальный буй укреплен под корпусом плавучей платформы на турели, а турель взаимодействует с корпусом внутри полости, пересекающей корпус плавучей платформы по всей его высоте, при этом турель установлена с возможностью вращения относительно корпуса посредством, по меньшей мере, одной опоры качения или скольжения, предпочтительно опоры качения, расположенной над ватерлинией и/или вне воды таким образом, что допускает вращение плавучей платформы вокруг по существу вертикальной оси ZZ' турели и полости без вращения причального буя относительно вертикальной оси ZZ',
- при этом турель содержит, по меньшей мере, одну герметичную трубчатую конструкцию, предпочтительно круглого сечения, расположенную на вертикальной оси ZZ' и содержащую донную стенку, герметично соединенную с нижним концом трубчатой боковой стенки трубчатой конструкции, и
- вторые соединительные трубопроводы между верхними концами первых соединительных трубопроводов связи с морским дном и палубой плавучей платформы, проходящие герметичным образом через донную стенку турели и поднимающиеся внутри полости до соединительного устройства для вторых трубопроводов, причем соединительное устройство соединено с плавучей платформой предпочтительно на уровне палубы плавучей платформы и выполнено по типу поворотного соединительного устройства с возможностью вращения таким образом, что допускает вращение плавучей платформы без вращения соединительного устройства,
отличающаяся тем, что
- причальный буй содержит верхнюю трубчатую стенку, внутри которой расположены клапаны и предпочтительно соединители, причем эта верхняя трубчатая стенка буя совместно с донной стенкой турели образует герметичную камеру, называемую клапанной камерой, когда верхний край этой верхней трубчатой стенки буя прижат к донной стенке турели на ее нижней стороне, а
- плавучая платформа содержит систему для присоединения и отсоединения причального буя относительно донной стенки турели, содержащую:
- множество связей, таких как подъемные тросы, укрепленных на причальном буе, предпочтительно на верхнем крае верхней трубчатой стенки причального буя, причем эти связи предпочтительно проходят внутри турели и проходят сквозь донную стенку турели герметичным образом,
- по меньшей мере, одну трубу отвода воздуха, проходящую вертикально внутри турели от уровня над ватерлинией до донной стенки турели, через которую она проходит герметичным образом,
- насосные средства для откачивания воды в клапанной камере, когда верхняя трубчатая стенка буя прижата ко дну турели,
0
2
- при этом собственный вес причального буя и первых трубопроводов связи с морским дном и якорных линий меньше веса объема воды, соответствующего объему V=S×(H-H), где
0
H - высота воды на уровне ватерлинии,
2
H - высота верхнего края верхней трубчатой стенки буя, находящейся в контакте с донной стенкой турели, и
S - площадь поперечного сечения верхней трубчатой стенки.
1
2
1
1
0
1
Следует понимать, что когда верхний край верхней трубчатой стенки буя приводят в контакт с дном турели, клапанная камера заполнена водой, и положительную плавучесть системы буя и соединительных трубопроводов связи с морским дном создают путем откачивания воды из внутренней полости клапанной камеры таким образом, что уровень воды в трубах отвода воздуха находится между H и H, где H соответствует высоте, на которой объем воды, равный V=S×(H-H), равен собственному весу буя, первых соединительных трубопроводов связи с морским дном и якорных линий.
1
0
1
Когда собственный вес системы, образованной находящимся ниже ватерлинии кольцевым буем, первыми трубопроводами связи с морским дном и якорными линиями, превышает величину веса объема воды V=S×(H-H), буй начинает естественным образом отделяться от турели и опускаться к морскому дну. После отделения причального буя от дна турели он возвращается на уровень гидростатического давления, соответствующий уровню морской глубины, при этом кольцевой буй стремительно опускается со значительной силой, соответствующей его собственному весу, то есть от 500 до 1500 т, таким образом почти мгновенно освобождая плавучую платформу от ее якорного крепления посредством турели.
1
Для этого клапанную камеру заполняют водой, а труба или трубы отвода воздуха поддерживают в клапанной камере по существу атмосферное давление во время ее заполнения до тех пор, пока уровень воды в этих трубах отвода воздуха не поднимется до высоты выше высоты H.
Предпочтительно плавучая платформа содержит множество подъемных тросов, которые проходят от лебедок, предпочтительно расположенных на палубе судна или на вершине турели над ватерлинией, причем в необходимом случае эти тросы проходят внутри множества труб отвода воздуха, функционирующих как направляющие и также называемых направляющими трубами, вертикально проходящих внутри турели от уровня над ватерлинией до дна турели, через которое они проходят герметичным образом.
Далее, предпочтительно плавучая платформа содержит, по меньшей мере, три троса и, по меньшей мере, три направляющие трубы, предпочтительно расположенные симметрично относительно центра круглого дна турели и предпочтительно проходящие вдоль и вблизи внутренней поверхности трубчатой конструкции турели, причем нижние концы тросов прикреплены на уровне верхнего края верхней трубчатой стенки буя.
Это расположение тросов позволяет обеспечить контролируемое и устойчивое приближение причального буя к нижней стороне дна турели путем синхронизации работы лебедок по наматыванию этих подъемных тросов.
3
3
0
2
Более конкретно, диаметр направляющих труб и глубина погружения донной стенки турели, на которую опираются направляющие трубы, таковы, что внутренний объем направляющих труб составляет меньше 15 м, предпочтительно меньше 5 м, для высоты (H-H) турели, погруженной внутри полости, равной, по меньшей мере, 20 м, предпочтительно от 20 до 50 м.
Еще более конкретно, верхняя трубчатая стенка буя содержит на своем нижнем конце донную стенку, с которой она соединена герметично, образуя донную стенку клапанной камеры, поддерживающей клапаны и/или части автоматических соединителей, а буй содержит в своей нижней части кольцевую коробку, образующую поплавок на нижней стороне донной стенки клапанной камеры.
Следует понимать, что верхняя трубчатая стенка буя имеет необходимую и достаточную высоту для установки клапанов и автоматических соединителей связи между первыми и вторыми трубопроводами.
Далее, в конкретном примере осуществления плавучая платформа содержит насос, расположенный в нижней части внутри образующей турель герметичной трубчатой конструкции, причем этот насос взаимодействует с всасывающим трубопроводом, проходящим герметичным образом через донную стенку турели, при этом всасывающий трубопровод доходит до места вблизи донной стенки клапанной камеры, когда она находится в положении прижима к донной стенке турели, а насос взаимодействует с нагнетательным каналом, проходящим через боковую трубчатую стенку образующей турель герметичной трубчатой конструкции, предпочтительно в нижней части турели, и выходящим внутрь полости.
Предпочтительно плавучая платформа содержит центрирующие средства, примыкающие к наружной поверхности турели и проходящие вниз за донную стенку турели, предпочтительно расположенные равномерно и регулярно вокруг дна.
Следует понимать, что эти центрирующие средства позволяют облегчить центрирование верхней трубчатой стенки причального буя относительно турели при его приближении к нижней стороне турели и облегчают соединение охватываемых и охватывающих частей автоматических соединителей на верхних концах соединительных трубопроводов связи с морским дном, которые проходят до места над дном клапанной камеры, и на нижних концах вторых соединительных трубопроводов.
Далее, предпочтительно плавучая платформа содержит поворотные механические удерживающие средства для удержания причального буя прижатым к нижней стороне дна турели.
Далее, в конкретном примере осуществления верхняя трубчатая стенка буя содержит на своем верхнем краю кольцевое уплотнение круглого сечения, а на своей внутренней стороне предохранительные упоры, ограничивающие сплющивание кольцевого уплотнения и обеспечивающие передачу вертикальной нагрузки между кольцевым буем и турелью, когда причальный буй прижат к донной стенке турели, причем кольцевое уплотнение круглого сечения сжато между нижней стороной дна турели и верхним краем верхней трубчатой стенки причального буя, при этом предохранительный упор выполнен с возможностью взаимодействия с шарнирным подвижным запором безопасности, укрепленным на нижней стороне донной стенки турели таким образом, что причальный буй удерживается соединенным с турелью, когда запор безопасности задвинут под предохранительный упор.
Таким образом, при затоплении клапанной камеры морской водой полная потеря плавучести причального буя компенсируется фиксацией, обеспечиваемой этими запорами безопасности, и устраняется риск несвоевременного и губительного погружения причального буя.
Предпочтительно верхняя трубчатая стенка буя и/или трубчатая боковая стенка герметичной трубчатой конструкции турели содержит (содержат) клапан заполнения, взаимодействующий с каналами заполнения, устанавливающими сообщение между морской водой и внутренней полостью клапанной камеры, при этом предпочтительно трубчатая стенка клапанной камеры содержит герметичный люк большого размера, выполненный с возможностью почти мгновенного заполнения клапанной камеры морской водой при открытии люка.
В частном примере осуществления донная стенка турели содержит смотровой люк для обслуживания клапанной камеры.
Благодаря возможности опорожнения клапанной камеры персонал имеет возможность доступа в камеру для технического обслуживания и при необходимости может производить операции с клапанами и автоматическими соединителями, обеспечивающими соединение первых и вторых трубопроводов.
Изобретением предусмотрено также создание способа эксплуатации плавучей платформы по изобретению, в котором выполняют присоединение причального буя к нижней стороне донной стенки турели, при этом выполняют следующие этапы:
a) погружают причальный буй, к которому прикреплены первые соединительные трубопроводы связи с морским дном и якорные линии,
b) прикрепляют нижние концы подъемных тросов к причальному бую, при этом плавучую платформу устанавливают таким образом, что причальный буй находится по существу на вертикальной оси ZZ' полости,
0
c) приводят в действие лебедки для подъема причального буя до тех пор, пока верхний край верхней трубчатой стенки причального буя не окажется прижатым к нижней стороне донной стенки турели, с образованием тем самым клапанной камеры, заполненной морской водой, причем направляющие трубы также заполнены морской водой до высоты H, по существу соответствующей уровню поверхности на ватерлинии,
1
2
1
1
0
1
d) выкачивают воду из клапанной камеры с помощью насосных средств до тех пор, пока уровень воды в направляющих трубах не станет ниже высоты H, предпочтительно ниже или равным высоте H, причем высота H такова, что вес объема воды, равного V=S×(H-H), по меньшей мере, равен весу системы причального буя и соединительных трубопроводов связи с морским дном и якорных линий, и
e) предпочтительно полностью опорожняют клапанную камеру, а затем обеспечивают ее герметичность.
2
Как уже было упомянуто, H представляет собой высоту относительно морского дна верхнего края верхней трубчатой стенки буя и нижней стороны донной стенки турели, когда они находятся в контакте, a S является площадью поперечного сечения верхней трубчатой стенки буя или площадью донной стенки турели, ограниченной верхним краем верхней трубчатой стенки буя, когда они находятся к контакте.
В конкретном примере осуществления после опорожнения клапанной камеры отсоединяют нижние концы подъемных тросов от причального буя и предпочтительно замыкают механические удерживающие средства причального буя, прикрепляя его к донной стенке турели, предпочтительно с помощью поворотного запора безопасности, выполненного с возможностью взаимодействия с предохранительным упором, который препятствует сплющиванию кольцевого уплотнения круглого сечения, сжатого между верхним краем верхней трубчатой стенки причального буя и нижней стороной донной стенки турели.
Изобретением предусмотрено также создание способа эксплуатации плавучей платформы по изобретению, в котором выполняют отсоединение причального буя, присоединенного к турели, в котором после отсоединения нижних концов подъемных тросов от причального буя, выполняют следующие этапы:
a) вводят воду в клапанную камеру таким образом, что уровень воды в направляющих трубах поднимается выше уровня Hi, и
b) в случае необходимости разъединяют автоматические соединители между первыми и вторыми трубопроводами и освобождают механические удерживающие средства для механического отделения причального буя от донной стенки турели.
Предпочтительно выполняют следующие этапы:
a) предпочтительно в случае необходимости сбрасывают давление в первых и вторых соединительных трубопроводах связи с морским дном, в частности, до точек их соединения с морским дном на уровне устьев скважин, чтобы избежать несвоевременной и опасной декомпрессии газа в зоне клапанной камеры,
b) заполняют клапанную камеру до высоты Hz нижней стороны донной стенки турели и прекращают заполнение, когда клапанная камера полностью заполнена водой,
c) разъединяют автоматические соединители между первыми и вторыми трубопроводами,
d) в случае необходимости отпирают механические запоры безопасности, и
1
0
e) продолжают заполнение клапанной камеры таким образом, чтобы заполнить направляющие трубы до указанной высоты H или даже H.
На этапе a) эти направляющие трубопроводы служат для отвода воздуха и поддержания в клапанной камере по существу атмосферного давления во время заполнения.
Этот режим отсоединения в два приема имеет преимущества, так как с конца этапа a) и до этапа d) включительно причальный буй остается на месте под действием гидростатического давления, и процесс освобождения причального буя остается обратимым путем простого опорожнения камеры. Это позволяет обеспечить фазу незамедлительного отсоединения или фазу ожидания, когда нет уверенности в желании отсоединить причальный буй, но на случай необходимости желательная готовность к по возможности быстрому отсоединению путем простого заполнения направляющих труб согласно этапу e). Таким образом, в случае опасности, которая угрожает, но еще не наверняка, - такой как дрейф плавучего льда или айсберга, - спокойно выполняют подготовительную фазу, которая остается обратимой (этапы a-d), причем эта фаза может занимать несколько часов в случае сжигания газов с помощью бортовой факельной башни при декомпрессии. После подтверждения отсоединения вторая фаза (этап e), которая является необратимой, занимает всего несколько десятков секунд или несколько минут для освобождения буя и, соответственно почти мгновенного освобождения плавучей платформы от ее якорного крепления.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения будут подробно описаны дальше со ссылками на прилагаемые чертежи на примерах осуществления изобретения, не имеющих ограничительного характера. На чертежах:
фиг.1 изображает на виде сбоку и в разрезе плавучую платформу, заякоренную с помощью турельной системы среди плавучего льда,
фиг.2 изображает в поперечном разрезе в плоскости АА на фиг.1 часть плавучей платформы, турель по изобретению с системой якорного крепления, содержащей турель по изобретению, причальный буй, поддерживающий якорные линии и трубопроводы связи с морским дном, причем причальный буй прикреплен к основанию турели, а также поворотное соединительное устройство на уровне палубы плавучей платформы,
фиг.2A изображает освобождение причального буя для перевода плавучей платформы в укрытие,
фиг.3 изображает вид в разрезе по линии III-III на фиг.2A на уровне верхней опоры качения,
фиг.4 изображает на виде сбоку и в разрезе соединение буя с турелью с помощью лебедок и тросов,
фиг.5 изображает на виде сбоку и в разрезе турель и сброс балласта с помощью трюмного насоса, причем верхняя часть буя представляет собой клапанную камеру,
фиг.6 изображает на виде сбоку и в разрезе турель и клапанную камеру в процессе непрерывной работы, ставшую доступной для персонала, поскольку она находится под атмосферным давлением,
фиг.7 изображает на виде сбоку и в разрезе первоначальный этап отсоединения буя от турели путем затопления клапанной камеры морской водой в ходе процедуры освобождения,
фиг.8 изображает на виде сбоку и в разрезе соединение между нижней стороной турели и верхней частью буя, а также средства затопления клапанной камеры морской водой.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлено на виде сбоку судно или плавучая платформа 10 в разрезе, закрепленная на отсоединяемой турельной системе 1, 2, 3 якорного крепления, которая закреплена на морском дне якорными линиями 13 и связана с не показанными устьями подводных скважин гибкими трубопроводами 14. Гибкий трубопровод 14 содержит провисающую погружную ветвь 14a, идущую до поддерживающего ее подводного поплавка 15, который удерживается тросом 15a, соединенным с мертвым якорем 15b на дне моря. Далее ветвь 14а продолжается провисающей ветвью 14b до дна 40 моря и затем до устья скважины.
Плавучая платформа находится в холодных водах, в которых могут перемещаться айсберги или плавучий лед 31 большой протяженности и большой толщины, плавающий на морской поверхности 32. В некоторых экстремальных ситуациях, таких как шторм или наличие плавучего льда большой толщины, который форштевень судна в форме ледокола неспособен разбить по мере продвижения, необходимо отсоединить плавучую платформу, чтобы увести ее в укрытие и подождать возвращения нормальной ситуации. Для этого нижняя часть системы 1 якорного крепления, обычно называемая «паукообразным буем» представляет собой кольцевой причальный буй 1, который может отсоединяться известным для специалиста в данной области образом, обычно на уровне днища плавучей платформы, что позволяет освободить плавучую платформу для увода в укрытие. Более конкретно, причальный буй 1 и первые погружные трубопроводы 14 присоединены к донной стенке 2 с турели с ее нижней стороны с помощью автоматических соединителей 7. Собственная плавучесть кольцевого причального буя 1 отрегулирована таким образом, что он устанавливается на расстоянии Н над морским дном. Это соответствует, например, расстоянию в 100 м от морской поверхности 32, так что якорные линии и гибкие трубопроводы находятся в защищенном положении, как это показано на фиг.1.
На фиг.2 показана отсоединяемая система 1, 2, 3 якорного крепления, содержащая кольцевой причальный буй 1, причем
- причальный буй закреплен под корпусом плавучей платформы с нижней стороны дна 2c турели 2, при этом турель проходит по всей высоте полости 4, пересекающей корпус плавучей платформы по всей его высоте,
1
2
3
- турель 2 установлена с возможностью вращения относительно корпуса с помощью трех опор 5, 5, 5 качения, которые будут описаны ниже и которые обеспечивают возможность вращения плавучей платформы вокруг вертикальной оси ZZ' турели и полости без вращения причального буя, и
1
1
- причальный буй обеспечивает возможность соединения верхних подводных концов первых соединительных трубопроводов 14 связи с морским дном, снабженных охватываемыми частями 7a автоматических соединителей, с нижними концами вторых трубопроводов 14c, снабженных охватывающими частями 7b автоматических соединителей с нижней стороны донной стенки турели, при этом вторые трубопроводы поднимаются внутри полости 4 до соединения с поворотным соединительным устройством 3, расположенным на уровне палубы 10 корпуса на площадке 2 на верхнем конце турели 2.
Известным образом поворотное соединительное устройство 3 выполнено с возможностью свободного вращения таким образом, что допускает вращение плавучей платформы, не вызывающее вращения этого поворотного соединительного устройства и трубопроводов, которые подсоединены к нему на уровне плавучей платформы.
На фиг.2-8 в целях наглядности показаны только вторые трубопроводы 14c, проходящие внутри турели от охватывающих частей 7b автоматических соединителей 7 на нижней стороне донной стенки 2c турели.
1
1
На фиг.2 показана плавучая платформа на виде сбоку и в поперечном разрезе в плоскости AA на фиг.1. Турель 2 установлена в полости 4, предпочтительно круглого поперечного сечения, которая проходит через плавучую платформу 10 вертикально по всей ее высоте от палубы 10 до днища корпуса. В верхней части полости 4 имеется уступ 10a для верхней части 2 турели. Морская вода присутствует внутри полости 4 плавучей платформы вокруг турели.
1
Турель 2 образована трубчатой конструкцией, которой придана герметичность с помощью донной стенки 2c. На верхнем конце турели имеется верхняя площадка 2 большего диаметра по сравнению с трубчатой боковой стенкой турели 2. Эта площадка опирается своей выступающей за трубчатую боковую стенку окружной частью на уступ 10a на верхнем конце полости 4.
Турель содержит три опоры качения, а именно:
1
- верхнюю упорную опору 5,
2
- верхнюю поперечную направляющую опору 5 и
- нижнюю поперечную направляющую опору 5з.
1
2
3
Эти опоры 5, 5, 5 являются опорами скольжения или качения, предпочтительно опорами качения. Более конкретно, речь может идти о роликах или колесах, установленных между:
1
2
3
- внутренней стенкой 4 полости 4 и наружной поверхностью трубчатой боковой стенки турели 2 для роликов или колес поперечных направляющих опор 5 и 5 и
1
1
- уступом 10a и верхней площадкой 2 турели 2 для упорной опоры 5.
1
2
3
1
1
1
Следует понимать, что, по меньшей мере, на уровне опор трубчатая конструкция 2 и внутренняя стенка 4 полости имеют круглое поперечное сечение. Ролики или колеса верхней и нижней поперечных направляющих опор 5 и 5 расположены на вертикальных осях вращения. В верхней упорной опоре 5 эти ролики или колеса расположены на горизонтальных осях вращения и опираются на уступ 10a, а площадка 2 опирается на участки этих роликов опоры 5.
В качестве примера, для установки большого числа трубопроводов для газа, сырой нефти, гидравлических соединений и электрических кабелей, - например, тридцати шести или сорока восьми трубопроводов 14 со всеми элементами безопасности и контроля, наружный диаметр наружной конструкции турели 2 может превышать 25 м и в частности может составлять от 10 до 20 м, а высота ее подводной части обычно превышает 20 м и может достигать 25 м и даже больше в том случае, когда корпус плавучей платформы имеет высоту 50 м, как это бывает.
Когда судно подвергается высоким нагрузкам от плавучего льда, волнения, ветра или течения, его система якорного крепления, связанная с кольцевым причальным буем 1, удерживает его на месте. Учитывая большие размеры плавучей платформы, реактивные усилия системы якорного крепления создают на уровне основания турели значительные горизонтальные напряжения F, которые могут достигать от 5000 до 75000 т в случае навала плавучего льда на борт плавучей платформы и от 1500 до 3000 т при экстремальных условиях волнения, ветра и течения. Эти горизонтальные усилия передаются кольцевым причальным буем непосредственно на основание турели.
1
0
На фиг.4 показан в разрезе на уровне плоскости АА на фиг.1 этап крепления кольцевого буя на турели. Тросы 20b, по меньшей мере, два, а предпочтительно три троса, предпочтительно равномерно распределенные внутри турели по внутренней цилиндрической поверхности стенки трубчатой конструкции турели 2, соединены с лебедками 20a, которые жестко укреплены на турели и установлены в ее верхней части на значительной высоте над уровнем 32 воды, предпочтительно на площадке 2. Эти тросы 20b проходят через вертикальные или направляющие трубы 20c, длина которых превышает несколько метров и составляет, например, 5 м. Эта длина представляет максимальный уровень волны, которая может биться о борт судна, причем этот максимальный уровень находится на значительной высоте над уровнем 32 воды в спокойном состоянии, как это показано на фиг.4. Направляющая труба 20c проходит вертикально вниз и пересекает герметичным образом дно 2c турели 2. Таким образом, уровень морской воды внутри направляющих труб 20c остается по существу таким же, как и у борта судна, то есть на уровне H, соответствующем уровню поверхности 32 воды. В случае сильного волнения или шторма уровень воды в трубе 20c не может достигать верха трубы, так что нет риска затопления турели 2 морской водой.
Кольцевой буй в положении покоя находится на высоте Н над морским дном, как это показано на фиг.1. Плавучую платформу позиционируют по существу вертикально над кольцевым буем, и для соединения концов тросов 20b с буем запускают дистанционно управляемое движущееся устройство (ROV, Remotely Operated Vehicle), при этом концы тросов 20b опускаются на желаемую глубину подачей с лебедок 20a. Затем буй поднимают к дну турели путем синхронного наматывания всех тросов до тех пор, пока верхняя часть кольцевого буя не придет в контакт с нижней частью турели. Для этого показанные на фиг.8 жестко соединенные с турелью направляющие средства 21 осуществляют центрирование кольцевого буя относительно турели, тем самым облегчая соединение отхватываемых частей 7a и охватывающих частей 7b автоматических соединителей 7. Укрепленное на кольцевом буе кольцевое уплотнение 100 из эластомера круглого поперечного сечения сжимается между нижней поверхностью турели и верхней частью кольцевого буя, а упор 101, жестко прикрепленный к кольцевому бую, ограничивает сплющивание уплотнения и обеспечивает передачу вертикальной нагрузки между кольцевым буем и турелью.
Упоры 101 упираются в наружную поверхность герметичной трубчатой конструкции 2 и проходят вниз под нее, то есть под уровень дна 2 с трубчатой конструкции 2 таким образом, что воспринимают горизонтальные усилия, воздействующие на причальный буй 1.
Верхняя часть причального буя 1 образована верхней трубчатой стенкой 1а, предпочтительно круглого сечения, ограничивающей камеру 30, которая вмещает в себя верхние концы первых трубопроводов 14, проходящих через дно 30a камеры 30. При этом верхние концы первых трубопроводов 14 и нижние концы вторых трубопроводов 14c снабжены клапанами, соответственно 8 и 8b и охватываемыми частями 7a и охватывающими частями 7b автоматических соединителей 7. Кольцевое уплотнение 100 круглого сечения прижимается к верхней кромке 1b, образующей торцевую поверхность верхней трубчатой стенки 1a причального буя 1.
Клапаны 8 и охватываемые части 7a автоматических соединителей 7 на верхних концах первых трубопроводов 14 поддерживаются дном 30a клапанной камеры 30.
Клапаны 8b и охватывающие части 7b автоматических соединителей 7 на нижних концах вторых трубопроводов 14c поддерживаются донной стенкой 2c турели.
Причальный буй 1 содержит нижнюю часть 1c, образующую кольцевую коробку, которая является поплавком под нижней стенкой 30a клапанной камеры 30.
Когда стыковка кольцевого буя с турелью закончена, в тросах 20b поддерживают натяжение и производят разгрузку клапанной камеры 30 от балласта, как это показано на фиг.5.
0
2
0
2
3
3
3
3
Для этого насос 22 всасывает воду через всасывающий трубопровод 22a, проходящий герметичным образом через дно 2c турели, и сбрасывают воду в море через расположенный под углом нагнетательный трубопровод 22b, проходящий герметичным образом через турель 2. В начале откачивания вода в направляющих трубах 20c находится на уровне H, по существу соответствующему уровню моря, но после откачивания нескольких сотен литров вода достигает уровня H, поскольку диаметр труб связан с диаметром подъемных тросов 20b и сведен до минимума. В качестве примера направляющая труба внутреннего диаметра 300 мм и высотой H-H, равной 20 м, внутри которой проходит подъемный трос диаметром 150 мм, соответствует объему воды, примерно равному 1 м, то есть для подъемной системы с четырьмя ветвями общий объем составляет 4 м. Насос откачивания балласта с объемной подачей 500 м/ч опорожняет общую высоту этих направляющих труб примерно за 30 секунд, а затем начинает опорожнять клапанную камеру, объем которой составляет примерно 2000 м для камеры высотой 5 м и диаметром 22,5 м.
3
2
0
2
2
Таким образом, после отвода первых 4 м воды, то есть примерно через 30 секунд, кольцевой буй оказывается прижатым к нижней стороне турели с направленной вверх вертикальной силой V, соответствующей произведению сечения нижней поверхности S, ограниченной кольцевым уплотнением 100, на гидростатическое давление, соответствующее уровню H, то есть соответствующее весу объема воды. Таким образом, V=S×(H-H). В качестве примера описанный выше кольцевой буй с клапанной камерой диаметром 22,5 м на уровне кольцевого уплотнения 100 и расположенный на глубине H=20 м, что соответствует по существу давлению в 2 бара, прижимается к турели с направленной вверх вертикальной силой, равной примерно 8000 т. Когда клапанная камера 30 опорожнена, она находится под атмосферным давлением и становится доступной через люк 24, снабженный герметичной крышкой 24a, которая находится в закрытом положении, когда кольцевой буй отсоединен или когда клапанная камера находится в процессе опорожнения или заполнения.
Когда клапанная камера 30 опорожнена, подъемные тросы больше не нужны и их предпочтительно отсоединяют, чтобы облегчить последующее освобождение от кольцевого буя в случае необходимости. Предпочтительно на нижней стороне турели расположено запорное устройство, показанное на фиг.8. Оно состоит, например, из подвижной шарнирной части 102, которая укреплена на нижней стороне турели и взаимодействует с упором 101, укрепленным на кольцевом буе. В качестве примера упор 101 может быть тем же упором, который ограничивает сплющивание кольцевого уплотнения 100 из эластомера. Таким образом, в случае затопления клапанной камеры потеря плавучести кольцевым буем будет компенсироваться предохранительным запорным устройством, что устраняет риск непреднамеренного и губительного отсоединения кольцевого буя.
В случае необходимости освобождения плавучей платформы, например, из-за шторма, айсберга или плавучего льда, угрожающего всей установке, производят освобождение, предпочтительно согласно предпочтительной процедуре, которая описана ниже со ссылками на фиг.7 и 8:
- герметично закрывают крышку люка 24b в клапанную камеру и
- отсоединяют подъемные тросы 20b от кольцевого буя и в случае необходимости полностью удаляют их из направляющих труб 20c; при закрытых предохранительных запорах 102 открывают клапан 25, который устанавливает сообщение клапанной камеры с морем через трубопроводы 25a-25b заполнения, проходящие соответственно через боковую трубчатую стенку турели 2 в ее нижней части и через донную стенку 2 с турели, и начинают заполнение клапанной камеры, причем направляющие трубы 20c служат для поддержания в клапанной камере 30 по существу атмосферного давления во время этого заполнения, и
3
2
- прекращают заполнение путем закрытия клапана 25, когда клапанная камера полностью заполнена, что в описанном выше примере составляет объем морской воды, примерно равный 2000 м, то есть когда внутри клапанной камеры достигнут уровень H воды.
2
0
2
В этом положении кольцевой буй продолжает оставаться в своем положении за счет гидростатического давления F (где F = вес объема воды, равного V=S×(H-H)), и процесс освобождения может быть реверсирован простым опорожнением камеры, как это было описано со ссылкой на фиг.3. Во время этого этапа заполнения, который может продолжаться от 10 до 45 минут в зависимости от числа клапанов 25 и трубопроводов 25a-25b заполнения и их соответствующих диаметров, предпочтительно сбрасывают давление во всех гибких трубопроводах до устьев скважин. Особенно это относится к газовым трубопроводам под очень высоким давлением, при этом газ направляют к факельным башням плавучей платформы для сжигания.
Когда отсоединение подтверждено определенным образом, выполняют следующие операции:
- отпирают предохранительные запоры 102, поворачивая их из закрытого положения 102a в отведенное положение 102b, и
- широко открывают, по меньшей мере, один из клапанов 25, чтобы закончить заполнение направляющих труб 20c, что представляет небольшой объем порядка нескольких кубических метров в описанном выше примере.
1
3
3
0
3
1
0
1
1
После достижения уровня H плавучесть кольцевого буя снижается с величины F = вес объема воды, равного V=S×(H-H)) до величины F1 = вес объема воды, равного V=Sx(H-H). Поскольку собственный вес системы, образованной находящимся ниже ватерлинии кольцевым буем, гибкими трубопроводами и якорными линиями, превышает величину F, кольцевой буй начинает естественным образом отделяться от турели. При этом кольцевой буй начинает опускаться и кольцевое уплотнение 100 теряет герметичность, пропуская морскую воду с практически неограниченным расходом. Кольцевой буй сразу оказывается на гидростатическом уровне, соответствующем уровню морской поверхности, то есть уровню Но, и продолжает опускаться под действием значительной силы, соответствующей его собственному весу, то есть от 500 до 1500 т, таким образом почти мгновенно освобождая плавучую платформу от ее якорного крепления посредством турели.
3
3
1
В описанном примере осуществления этот заключительный этап от его начала и до получения результата, требующий перемещения от 3 до 4 м воды для заполнения направляющих трубопроводов 20c, которые играют роль каналов для удаления воздуха, занимает всего несколько секунд, а в худшем случае несколько десятков секунд. Как только достигнут уровень H, кольцевой буй начинает опускаться, но кольцевое уплотнение 100 остается в сжатом состоянии и герметичность сохраняется. Для продолжения процесса освобождения нужно продолжать ввод воды до тех пор, пока сжатие уплотнения не прекратится и оно не начнет пропускать морскую воду, что вызывает резкое освобождение кольцевого буя. В качестве примера в упомянутом примере осуществления при клапанной камере диаметром 22,5 м сжатое уплотнение толщиной 25 мм требует дополнительной подачи морской воды в объеме примерно 10 м, что не увеличивает радикально время отсоединения. Заполнение клапанной камеры 30 может также осуществляться с помощью клапанов 26 и поперечных трубопроводов 26a-26b заполнения, которые проходят через верхнюю трубчатую стенку 1а причального буя 1, как это показано на фиг.8.
Для того, чтобы получить почти мгновенное отсоединение, можно выгодным образом использовать герметичный люк 103 больших размеров, который при нормальной работе и на предварительном этапе перед отсоединением удерживается в закрытом положении 103b не показанным спусковым устройством или разрывными болтами, которые могут приводиться в действие дистанционно для открытия этого герметичного люка. В этом открытом положении 103a люк свободно пропускает морскую воду, так что освобождение осуществляется почти мгновенно.
В предыдущем описании верхняя трубчатая стенка 1а причального буя описана как определяемая цилиндрической поверхностью с вертикальной осью ZZ', предпочтительно круглого поперечного сечения. Однако очевидно, что эта верхняя трубчатая стенка 1a может определяться поверхностью вращения с вертикальной осью ZZ', прямая образующая которой наклонена к оси ZZ', так что эта верхняя трубчатая стенка 1a имеет форму усеченного конуса, или же эта образующая может быть криволинейной. Существенно, чтобы была определена боковая стенка, с одной стороны, верхний край 1b которой может приходить в контакт с нижней стороной донной стенки 2c турели 2, и с другой стороны, нижний конец которой может соединяться герметичным образом с периферией донной стенки 30a камеры 30 таким образом, чтобы образовывать герметичную клапанную камеру 30, когда верхний край боковой стенки этой клапанной камеры контактирует с донной стенкой 2c турели 2.
В описании различных чертежей лебедки 20a показаны установленными на уровне палубы плавучей платформы, а соответствующие подъемные тросы 20b проходят через направляющие трубы 20c, которые выполняют также роль каналов для отвода воздуха. Однако в рамках изобретения эти лебедки могут быть встроены в конструкцию турели на уровне ее дна. В этом случае лебедки находятся непосредственно в воде, а тросы непосредственно соединены с буем. В этом случае необходимо предусмотреть, по меньшей мере, одну трубу 20c, которая выполняет только роль канала для отвода воздуха.