Морская система для перемещения текучей среды (варианты)

 

Морская система для перемещения текучей среды включает в себя стояк, верхним концом шарнирно соединенный с турелью на судне, а нижним концом закрепленный якорными цепями к дну моря, и который также включает в себя шланги, каждый из которых протянут от основания на морском дне до турели на судне, что устраняет необходимость в сложном шланговом устройстве для пропускания текучей среды поперек универсального шарнира, соединяющего стояк с турелью. Гидравлическое соединение вблизи низа турели, которое расположено далеко от универсального шарнира, соединено со шлангом, который по извилистой траектории простирается от гидравлического соединения вниз к морскому дну. Большая длина шланга позволяет ему при сносе судна изгибаться без чрезмерного натяжения при соприкосновении со стояком. Вокруг оси турели и вокруг стояка расположен кольцеобразный держатель, соединенный со шлангом. Такое выполнение системы упрощает ее конструкцию и повышает надежность. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

Морская система включает в себя судно, которое может поворачиваться вокруг турели, ошвартованной посредством стояка, который простирается вниз почти до дна моря и который здесь прикреплен к дну моря. Для крепления стояка обычно используют цепи. Такую систему обычно называют ЦПО (цепное поворотное ошвартование). Верхний конец стояка соединен с турелью универсальным шарниром (шарниром, который делает возможным поворот вокруг двух горизонтальных осей), что позволяет стояку наклоняться при сносе судна из его стационарного положения. На большинстве установок требуется перемещать текущую среду от скважин для добычи углеводородов или от трубопровода на дне моря к судну. Ранее это осуществлялось по шлангу, протянутому от основания на дне моря до нижнего конца трубы, находящейся внутри стояка и проложенной вверх по нему. Короткий отрезок шланга соединяет верхний конец трубы, находящейся в стояке, с трубой на турели (см. патент США 4.637.335).

При определенных погодных условиях судно может значительно сносить из его стационарного положения, в результате чего происходит значительный наклон стояка от вертикали. Универсальный шарнир допускает это без проблемы. Однако в результате такого поворота шланг, протянутый от верха стояка к трубе на турели, подвергается значительному изгибу. Такие шланги обычно сделаны с большими диаметрами для помещения нескольких меньших по размерам шлангов внутри наружной шланговой оболочки и не могут легко сгибаться до небольшого радиуса кривизны, особенно когда шланг подвергается многократному сгибанию и разгибанию. Известно устройство для перемещения текучей среды через пространство, занимаемое универсальным шарниром. Это устройство позволяет уменьшить до минимума сгибание сравнительно короткого отрезка шланга (например, отрезка шланга, длина которого менее чем в сто раз превышает его диаметр) (см. патент США 4.708.178). Однако такое устройство громоздкое и подвержено поломкам. Поэтому представляло бы ценность простое и надежное устройство для перемещения текучей среды, предназначаемое для использования в морской системе, в которой стояк простирается от турели на судне до места вблизи дна моря.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается такой тип морской системы для перемещения текучей среды, который включает в себя по существу вертикальный стояк с верхним концом, соединенным через универсальный шарнир с турелью на судне, и который имеет сравнительно простое и надежное шланговое устройство. На турели, в месте, которое по крайней мере горизонтально отделено от универсального шарнира, находится гидравлическое соединение, от которого к основанию на дне моря протянут гибкий шланг. Шланг не прикреплен к стояку. В результате стояк и шланг могут наклоняться независимо друг от друга, причем шланг расположен таким образом, что не испытывает помехи со стороны стояка при всех предполагаемых погодных условиях. Длинный шланг, длина которого намного более чем в сто раз превышает его средний наружный диаметр, подвергается сгибанию только с большим радиусом кривизны, что обеспечивает его длительный срок службы.

Стояк может быть изготовлен с возможностью его отсоединения, чтобы при непосредственном приближении айсберга или очень плохой погоды можно было бы отсоединять стояк от универсального шарнира и опускать его под воду на заранее определенную глубину. Гидравлическое соединение, которое соединяет верхний конец шланга с турелью, также может быть изготовлено разъемным так, чтобы шланг вместе с кольцом наверху шланга, поддерживающим его, мог свободно плавать под водой на заранее определенной глубине. Шланг и стояк могут быть раздельно отсоединены. В результате с приближением опасности, но все еще за несколько часов до нее, можно выключить шланг из работы и отсоединить его, поскольку на это требуется несколько часов. Стояк отсоединяют только при самой непосредственной опасности, так как на это потребуется лишь несколько минут. Если же потенциальная опасность пройдет мимо этой системы, то в случае отсоединения шлангового устройства при остающемся присоединенным стояке судно продолжает оставаться ошвартованным так, что повторное прикрепление шланга займет лишь небольшой период времени.

Новые отличительные признаки изобретения подробно изложены в прилагаемой формуле изобретения. Изобретение будет лучше всего понятно из нижеизложенного описания со ссыпками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 - упрощенный вертикальный вид сбоку с частичным разрезом морской системы для перемещения текучей среды согласно первому варианту осуществления изобретения при нахождении судна в стационарном положении, фиг.2 - вид, который сходен с видом на фиг.1, но на котором судно далеко снесено от его стационарного положения, фиг. 3 - вид, который сходен с видом на фиг.1, но на котором как стояк, так и шланговое устройство отсоединены от турели судна, фиг. 4 - местный вид части системы на фиг.1, показывающий стояк и гидравлические соединители, фиг. 5 - местный вид в разрезе морской системы для перемещения текучей среды, сконструированной согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором стояк и шланговое устройство не являются легко отсоединяемыми, фиг. 6 - вид сбоку с частичным разрезом морской системы для перемещения текучей среды согласно другому варианту осуществления изобретения, показанной в ее стационарном положении с шлангом и стояком, соединенными с судном, фиг. 7 - вид, который сходен с видом на фиг.6, но на котором верхний конец шланга отсоединен от турели судна и частично опущен, фиг.8 - вид, который сходен с видом на фиг.6, но на котором как шланговое устройство, так и стояк отсоединены от судна, при этом стояк соединен с судном лишь опускным тросом.

На фиг. 1 показана морская система 10 для перемещения текучей среды, которая пригодна при добыче углеводородов из скважин на дне моря, как, например, 12, 14. Система включает в себя судно 20 с турелью 22, расположенной в шахте судна (в другом случае турель может быть установлена за бортом судна). Судно может без ограничения поворачиваться вокруг оси 24 турели под воздействием изменяющихся ветров и течений. Судно ошвартовано с помощью швартовного устройства 30, которое соединено с турелью и включает в себя стояк 32. Верхний конец 34 стояка соединен с турелью универсальным шарниром 36 так, чтобы стояк мог поворачиваться вокруг двух перпендикулярных горизонтальных осей. Нижний конец стояка 36A якорными цепями 40 соединен с дном моря 42. При показанном конкретном расположении системы глубина моря B равна 90 м и высота днища судна C над дном моря - 75 м. К нижнему концу стояка на цепях подвешен груз 44 так, чтобы стояк действовал подобно маятнику, который сохраняет энергию при сносе судна. Этот груз ограничивает глубину погружения стояка после его отсоединения от судна. Система этого типа известна и описана заявителем в его более ранних патентах 4.637.335, 4.645.467, 4.802.431 и 5.025.743. На фиг. 1 стояк показан в стационарном положении, в котором он расположен по существу вертикально (с наклоном менее 5^oC).

Со скважинами 12, 14 (или другими скважинами) соединены основания 50, 58 на морском дне, каждое из которых шлангом или шланговым устройством 70, 71 соединено с турелью 22. В известной технике основание на морском дне, например M, соединяли с турелью шланговым устройством N, конец которого, противоположный основанию, был соединен с местом P, расположенным вблизи нижнего конца стояка. Трубы, проходящие вверх через стояк, трубопроводами соединяли с трубами на турели. Однако требовалось гидравлическое соединительное устройство в обход универсального шарнира 36. На фиг.4 штрихпунктирными линиями показан один пример известного гидравлического соединительного устройства, которое представляло собой шланговую перемычку Q (показана со стояком, наклоненным до 32a), нижний конец которой был соединен с верхним концом 34 стояка, а верхний конец - с турелью 22. Так как верхний конец 34 стояка по высоте находится вблизи турели, то можно было использовать шланговую перемычку Q, имеющую только ограниченную длину. В результате при наклоне стояка происходило большое сгибание шланга. Как описано в патенте 4.708.178, такое большое повторяющееся сгибание шланговой перемычки ограниченной длины (менее чем в сто раз превышающей ее ширину) приводило к сокращению срока службы шланговой перемычки, особенно когда по шланговой перемычке перемещали текучие среды с высоким давлением, которые имеют тенденцию влиять на сгибание шланга. Кроме того, необходимо было предпринимать меры для защиты сильно изогнутого шланга от повреждения. Хотя в вышеуказанном патенте 4.798.178 описывается альтернативное гидравлическое соединительное устройство, это устройство является громоздким и не отличается большой надежностью.

Согласно настоящему изобретению заявитель сконструировал шланговый элемент или шланг 70 для его значительного сгибания при сносе судна, сконструировав шланг таким образом, что он протянут от основания 50 к турели 22 без соприкосновения со стояком 32. Для этого шланг протянут от гидравлического соединения 73 на турели, при этом соединение 73 находится на значительном расстоянии A от универсального шарнира 36. От основания 50 на дне моря шланг протянут по изогнутой траектории без соприкосновения со стояком. Поплавки 72 (фиг. 1) сохраняют форму шланга.

На фиг.2 система показана тогда, когда под влиянием сильного ветра и/или течения судно снесено на значительное расстояние D так, что его ось 24 передвинута в смещенное положение 24A. У универсального шарнира 36 стояк наклонен в наклонное положение 32A, причем те цепи, которые протянуты от направления сноса, приподняты над морским дном. При наклоне стояка до 32A шланг в 70A не ударяется о стояк, так как шланг 70A выпрямлен, в результате чего верхние десять процентов 74 длины шланга натянуты с большим углом к вертикали, чем в стационарном положении, и поэтому наклонены по существу аналогичным образом, как и стояк. Верхние десять процентов длины 75 другого шлангового устройства или шланга 71A ближе расположены к вертикали и находятся даже еще дальше от соприкосновения со стояком. Соприкосновение со стояком нежелательно, так как это может привести к повреждению шланга. Чтобы обеспечить почти одинаковое увеличение наклона верхнего конца шланга, как и у стояка, длина шланга предпочтительно в 1,2-3 раза больше высоты С днища корпуса судна над морским дном.

На фиг. 3 верхний конец 34 стояка и шланг 70 показаны отсоединенными от турели 22. Стояк опущен на заданную глубину, на которой его груз 44 опирается на морское дно. Верхний конец шлангов 70, 71 закреплен на кольцевом держателе 80, который обладает плавучестью. Кольцо 80 погружено на заранее установленную глубину, определяемую весом шлангов, например, 70 и плавучестью поплавков 72 и кольцевого держателя 80. На фиг.1 держатель 80 показан в присоединенном положении. Пунктирными линиями изображен держатель 80 в его отсоединенном и опущенном положении, в котором он расположен вокруг все еще присоединенного стояка.

Если к системе приближается опасность, например, в виде айсберга или суровых погодных условий, то необходимо отодвинуть судно от места его расположения на море и отсоединить как шланги 70, 71, так и швартовное устройство 30 от судна. Ранее швартовное устройство и шланги вместе отсоединяли и отцепляли от судна. Однако учитывается тот факт, что многие приближающиеся потенциальные опасности в действительности не достигают места расположения морской системы для перемещения текучей среды. Определение того, достигнет ли опасность этого места или нет, становится известным только в более позднее время, когда остается меньше времени, чтобы действовать. Для надлежащего разъединения шлангов 70, 71 и турели возможно потребуется четыре часа. Этот период времени необходим для остановки скважин, вращения запорной арматуры, отключения соединителей трубопроводов и продувки подводных трубопроводов. Для медленного опускания кольцевого держателя 80, к которому прикреплены верхние концы 82 шлангов, используют лебедку. Для отсоединения стояка от турели требуется лишь около десять минут, в течение которых отсоединяют верхний конец стояка от универсального шарнира и при помощи лебедки медленно опускают стояк до тех пор, пока его груз не ляжет на дно моря.

Пока стояк соединен с турелью посредством универсального шарнира 36, судно удерживается на месте, при этом сравнительно простым делом является поднятие кольцевого держателя 80 и подсоединение верхних концов 82 шлангов вновь к гидравлическим соединениям 73 на турели. Однако, если стояк отсоединен, то тогда вероятен снос судна из положения над стояком. В этом случае приходится придерживаться способа, который требует много времени и при котором персонал на судне может подхватить поплавки наверху несущих тросов, прикрепить один или большее число тросов к проушине (проушинам) 104 на стояке и медленно поднимать стояк (включая его тяжелый груз 44) к универсальному шарниру, где выполняют соединения.

Если к месту расположения судна приближается айсберг, суровая погода или другая опасность, которая может достигнуть этого места в течение, может быть, четырех часов, то предпочтительно было бы начать отсоединение шлангового устройства, так чтобы при существовании опасности можно было принять меры для отсоединения верхних концов 82 шлангов (и возможно, продувки всего шланга) и завершить это отсоединение может быть за тридцать минут до наступления опасности. Если опасность все еще существует, то тогда принимаются меры по отсоединению стояка и его опусканию ко дну моря. Во многих случаях персонал может определить, наступит ли опасность в месте расположения судна, и, если она наступает до отсоединения стояка от универсального шарнира, то тогда судно не будет снесено от стояка и повторное подсоединение стояка и шлангов может быть выполнено, например, за несколько часов вместо нескольких дней.

На фиг. 4 подробно показаны верхние концы стояка и шлангов. С помощью соединителей 100, которыми можно управлять гидравлически, электрически и т. п., можно отсоединять соединительные фланцы 73 от турели. На тросах лебедки, соединенных с проушинами на кольцевом держателе 80, можно опускать его и верхние концы 82, 110 шлангов. Пока не отсоединен стояк 32, держатель 80 продолжает оставаться вокруг него и может быть легко поднят. Стояк может быть отсоединен с помощью ряда соединителей 102, которыми также можно управлять гидравлически, электрически и т.п. Медленное опускание стояка 32 или его обратный подъем можно осуществлять при помощи лебедки и т.п., соединенной с большой проушиной 104 или с группой проушин 106 на стояке. Следует отметить, что шланг 70 может содержать жесткие части, как, например, жесткую трубу в 82 или ограничитель изгиба 112, хотя шланг 70 включает в себя и гибкие отрезки, расположенные на более чем половине общей длины шланга.

На фиг. 5 показана часть морской системы для перемещения текучей среды 120 согласно другому варианту осуществления изобретения, в которой стояк 122 и шланги 124, 126 выполнены без возможности их отсоединения от турели 130. Турель установлена на упорных и радиальных подшипниках 132, 134 на корпусе 136 судна и расположена в шахте 140 его корпуса. Позицией 142 обозначена поверхность моря при загрузке судна приблизительно на пятьдесят процентов. При всех почти полных состояниях загрузки судна универсальный шарнир 144 для соединения турели со стояком и гидравлические соединения 146 для соединения шлангов с турелью могут быть расположены над поверхностью моря. Следует отметить, что гидравлические соединения 146, 148 по горизонтали находятся далеко от универсального шарнира 144 и расположены с наклонами от вертикали так, чтобы шланги все более отходили от оси 150 стояка. Если стояк наклонился бы в положение 122A, то шланг 124 натянулся бы, принимая положение 124A и все еще избегая соприкосновения со стояком. Шахта 140 содержит коническую нижнюю часть 152, которая позволяет стояку и шланговым устройствам без помехи со стороны корпуса судна наклоняться до максимального расчетного наклона (например, 30^o) системы. Следует отметить, что обычно используют комплект вертлюгов 154 для распределения текучих сред, проходящих вверх и/или вниз по шлангам, каждый из которых может содержать несколько меньших по размеру шлангов.

На фиг. 6 показана система 160 согласно другому варианту осуществления изобретения, в которой стояк 162 и шланги 164, 166 выполнены с возможностью отсоединения от турели 170, установленной на судне 172. На фиг. 7 кольцевой держатель 174 для верхних концов шлангов показан после его отсоединения от турели и в процессе опускания на тросах 176 лебедки.

Стояк 162 продолжает оставаться подсоединенным к турели посредством универсального шарнира 180. Стояк имеет останов 182, который расположен намного ниже его верха и на который опирается кольцевой держатель 174, когда он полностью опущен в положение 174A.

На фиг. 8 показана система, в которой кольцевой держатель в 174A совсем опущен на останов 182 и в которой опускной трос 184, проходящий от лебедки 186, опускает стояк 162 к дну моря. После того как стояк 162 совсем опустится, отсоединяют турель от стояка, так что судно может отплывать.

Пока система находится в состоянии на фиг.7, в котором стояк 162 универсальным шарниром 186 соединен с турелью 170, судно продолжает быть прочно ошвартованным. Если даже отсоединены шланги 164, 166, их повторное присоединение мажет быть выполнено за несколько часов. Как обсуждалось выше, если надвигающаяся опасность проходит мимо или удаляется от места расположения системы, то такое повторное присоединение может быть легко осуществлено. На опускание стояка, показанное на фиг.8, требуется лишь несколько минут, и оно может быть осуществлено "в последний момент", как, например, тогда, когда айсберг продолжает приближаться к системе и находится лишь в нескольких сотнях метров от нее. Устройство для присоединения стояка и шлангов может быть сходным с устройством, показанным на фиг.4.

Таким образом, согласно изобретению предлагается такой тип морской системы для перемещения текучей среды, который содержит по существу вертикальный стояк с верхним концом, соединенным универсальным шарниром с турелью на судне, и один или большее число шлангов для пропуска текучей среды между основанием на дне моря и судном и который устраняет необходимость в прохождении гидравлического соединения от стояка поперек универсального шарнира. Верхний конец каждого шланга присоединен к гидравлическому соединению, которое установлено на турели и которое, по крайней мере, по горизонтали находится на расстоянии от универсального шарнира. Большая часть длины верхней половины шланга выполнена гибкой, причем предпочитается шланг, который является гибким почти по всей своей длине (более 80%), так чтобы при сносе судна и наклоне стояка шланг изгибался по длинному радиусу кривизны и избегал соприкосновения со стояком. Верхний конец шланга мажет быть подсоединен к кольцевому держателю, который выполнен без возможности его отсоединения от турели. Кольцевой держатель может обладать плавучестью, что позволяло бы ему всплывать на заранее определенную глубину воды. В другой конструкции стояк имеет останов, и кольцевой держатель может опускаться по стояку до тех пор, пока кольцевой держатель не ляжет на останов стояка и не будет поддерживаться на нем.

Хотя здесь описаны и показаны конкретные варианты осуществления изобретения, понятно, что специалистами в данной области могут быть легко сделаны модификации и изменения, поэтому подразумевается, что формула изобретения должна истолковываться, как охватывающая такие модификации и эквиваленты.

Формула изобретения

1. Морская система для перемещения текучей среды (10,120,160), включающая судно (20,136,172), турель (22,130,170), установленную на судне для обеспечения возможности вращения судна вокруг по существу вертикальной оси (24,150) турели, и швартовное устройство (30), включающее в себя стояк (32,122,162), верхний конец (34) которого универсальным шарниром (36,144,180) соединен с турелью для обеспечения возможности поворота верхнего конца стояка вокруг двух по существу горизонтальных осей относительно турели, при этом нижний конец (36А) указанного стояка прикреплен ко дну моря, при использовании системы для перемещения текучей среды между основанием (50,58) на дне моря и турелью, отличающаяся тем, что содержит гидравлическое соединение (73,146,148), установленное на турели в месте, которое находится на расстоянии от универсального шарнира, шланг (71,72,124,126,164,166), протянутый от гидравлического соединения к основанию на дне моря, при этом шланг свободен от соединения со стояком.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что стояк расположен по существу вертикально при нахождении судна в стационарном положении, а шланг имеет длину в 1,2 - 3 раза превышающую расстояние между низом турели и дном моря для обеспечения увеличения наклона верхнего конца шланга с увеличением наклона стояка от вертикали во время сноса судна.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что включает соединитель (102) на стояке, приводимый в действие для отсоединения стояка от турели, при этом стояк выполнен с возможностью погружения на заранее определенную глубину после отсоединения от турели, соединитель (100) на гидравлическом соединении, приводимый в действие для отсоединения шланга независимо от действия соединителя на стояке, при этом шланг выполнен с возможностью расположения на заранее определенной глубине после отсоединения от турели, что обеспечивает возможность отсоединения шланга, оставляя подсоединенным стояк.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что включает соединитель (102) на стояке, приводимый в действие для отсоединения стояка от турели, при этом стояк выполнен с возможностью погружения на заранее определенную глубину после отсоединения от турели, соединитель (100) на гидравлическом соединении, приводимый в действие для отсоединения шланга независимо от действия соединителя на стояке, кольцевой держатель (80,174), который расположен вокруг оси и который имеет внутренний диаметр больше, чем верхний конец (34) стояка, при этом шланг верхним концом (82,110) соединен с кольцевым держателем, что при отсоединении шланга обеспечивает возможность расположения кольцевого держателя вокруг стояка.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что стояк имеет останов (182), который помещен для остановки опускания кольцевого держателя для обеспечения его удерживания на высоте останова, когда шланг отсоединен и кольцевой держатель свободно опускается.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что кольцевой держатель выполнен плавучим с возможностью расположения под водой на заранее определенном уровне под действием веса шланга.

7. Морская система для перемещения текучей среды (10), которая включает в себя судно (20,172), плавающее на поверхности моря, швартовное устройство (30), верхний конец (34) которого соединен с судном, а нижний конец (36А) прикреплен ко дну моря, и шланговое устройство для текучей среды, которое включает в себя шланг (71,72,164,166), протянутый от основания (50,58) на дне моря, отличающаяся тем, что швартовное устройство включает в себя стояк (32,162), расположенный вдоль вертикальной оси вниз от судна и разъемно соединенный с ним своим верхним концом (34), шланговое устройство включает в себя кольцеобразный держатель (80,174), внутренний диаметр которого больше верхнего конца стояка, при этом держатель расположен вокруг оси, а шланг своим верхним концом (82,110) прикреплен к держателю, держатель выполнен с возможностью отсоединения от судна независимо от стояка.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что кольцеобразный держатель (80,174) имеет вертикальную ось, а шланговое устройство содержит множество шланговых элементов, включая шланг, при этом шланговые элементы верхними концами (82,110) соединены с кольцеобразным держателем в местах, расположенных с интервалом и вокруг оси, а нижними концами - с местами, расположенными на морском дне с интервалами вокруг оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8