Узел, содержащий турель и отсоединяемый буй

Изобретение относится к области морского нефтяного промысла, а именно к плавучим системам нефтедобычи, хранения и выгрузки углеводородов. В узле, содержащем турель (2) и отсоединяемый буй (3), на нижнем конце турели и на верхнем конце буя предусмотрены сопрягающиеся соединительные средства, включающие кольцевой выступ (4), отходящий от турели или буя в направлении соответственно к бую или турели, и соответствующей формы кольцевую канавку (5) на буе или на турели для размещения кольцевого выступа. Ширина основания (6) кольцевого выступа больше ширины его вершины (7), а ширина верхней части (8) кольцевой канавки больше ширины ее дна (9). Исключается возможность разъединения буя и турели под воздействием внешних нагрузок, обусловленных постановкой на якорь и волнами. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к узлу, содержащему турель и отсоединяемый буй, в котором на нижнем конце турели и на верхнем конце буя предусмотрены сопрягающиеся соединительные средства.

В морском нефтяном промысле используют так называемые плавучие системы нефтедобычи, хранения и выгрузки, представляющие собой суда, постоянно или подолгу стоящие на якоре у морского нефтяного месторождения для приема углеводородов из скважины, отделения нефти от воды и газа и хранения нефти на борту для последующей выгрузки на другое судно. Как правило, плавучие системы нефтедобычи, хранения и выгрузки устанавливают на якорь посредством одиночных турельных якорных систем внутреннего или внешнего типа.

В некоторых регионах погода может ухудшаться, например из-за ураганов, настолько, что плавучую систему нефтедобычи, хранения и выгрузки приходится отсоединять от якорной системы и отправлять на время в спокойные воды. Аналогично, в водах, где много айсбергов, иногда тоже нужно отсоединять от якоря плавучую систему нефтедобычи, хранения и выгрузки, чтобы избежать повреждения судна.

В этих случаях используют отсоединяемую турельную якорную систему внутреннего типа (когда турель установлена внутри корпуса судна) или внешнего типа (когда турель установлена впереди от носа судна), содержащую отсоединяемый буй, в которой на нижнем конце турели и на верхнем конце буя выполнены сопрягающиеся соединительные средства.

В конструкции отсоединяемой турельной системы особое внимание уделяется зоне сопряжения нижнего конца турели и верхнего конца отсоединяемого буя.

В идеале эту зону предварительно нагружают таким образом, чтобы не допустить возникновения зазора между турелью и буем под воздействием внешних сил, обусловленных постановкой на якорь и волнением моря.

Поскольку турель и буй, как правило, имеют цилиндрическую или коническую форму и большой диаметр, важно соединить их между собой так, чтобы они работали как единое целое. Другая цель состоит в том, чтобы обеспечить хорошую посадку этих конструкций в зоне их сопряжения, не прибегая к уменьшению допусков на обработку и, следовательно, без повышения стоимости изготовления.

В известных узлах верхний конец буя выполнен коническим и входит в соответствующую по форме коническую выемку внизу турели. Несмотря на то что коническая зона сопряжения позволяет легко насаживать турель и буй друг на друга, известные узлы имеют серьезный недостаток, состоящий в том, что коническая выемка должна быть очень прочной и выносливой, чтобы выдерживать радиальные нагрузки, возникающие в результате соединения двух составных частей узла. Чтобы исключить возможность разъединения буя и турели под воздействием внешних нагрузок, обусловленных постановкой на якорь и волнами, требуется весьма значительная предварительная нагрузка. Если требуемая предварительная нагрузка не будет создана, то крепежные средства, прикрепляющие буй к турели, будут испытывать большие циклические нагрузки от постановки на якорь и волн и в результате могут преждевременно выйти из строя.

Цели изобретения достигаются тем, что предложен узел, содержащий турель и отсоединяемый буй, причем на нижнем конце турели и на верхнем конце буя предусмотрены сопрягающиеся соединительные средства, отличающийся тем, что соединительные средства содержат кольцевой выступ, отходящий от турели или буя соответственно в сторону буя или турели, и выполненную соответственно на буе или на турели кольцевую канавку соответствующей формы для размещения кольцевого выступа, при этом ширина основания кольцевого выступа больше ширины его вершины, а ширина верхней части кольцевой канавки больше ширины ее дна.

Предпочтительные варианты осуществления узла описаны в зависимых пунктах формулы

Кольцевой выступ и кольцевая канавка обрабатываются с таким допуском, что, когда под действием осевой силы они входят в контакт друг с другом, один из этих элементов деформируется в радиальном направлении больше другого и принимает его форму. В результате приложения к зоне сопряжения номинальной предварительной нагрузки обе составные части узла будут работать как одно целое и не будут стремиться отсоединиться одна от другой.

Допуски на обработку выбираются так, что под действием сжимающей силы увеличение диаметра наиболее слабой части узла, обычно нижнего конца турели, составляет некоторый процент от тангенциального удлинения, не превышающего предела текучести материала (стали), из которого изготовлены турель и буй. После достижения этого уровня напряжения дальнейшее увеличение сжимающей силы приведет только к росту местных напряжений в радиальном сечении частей и росту контактных напряжений между ними. Это очень жесткий путь нагружения, а крепежные средства, соединяющие буй с турелью, образуют составную часть, создающую намного менее жесткий путь нагружения. Поэтому эти крепежные средства не испытывают значительных циклических нагрузок.

Поскольку на сужающихся поверхностях выступа и канавки возникает очень большое контактное напряжение, они могут выполнять функцию уплотнительного устройства, препятствующего проникновению морской воды и позволяющего откачивать досуха турель по окончании операции соединения. Между кольцевым выступом и кольцевой канавкой может быть установлен дополнительный уплотнительный элемент (например, кольцо из мягкой резины или мягкой стали).

Ниже изобретение описано подробно со ссылками на чертежи, где:

на фиг.1 схематично показана типичная плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки с внутренней турелью, заякоренная на морском дне известным образом с помощью отсоединяемого буя,

на фиг.2 схематично показана в большем масштабе зона сопряжения турели и отсоединяемого буя,

на фиг.3 схематично показан вариант с дополнительным уплотнительным элементом.

На фиг.1 показана плавучая система 1 нефтедобычи, хранения и выгрузки, снабженная известным образом внутренней турелью 2, которая на своем нижнем конце соединена с отсоединяемым буем 3. Буй 3 заякорен на морском дне 4 посредством якорных тросов 5, а продуктопровод 6 соединен со скважиной 7 и буем 3 и далее идет через турель к соответствующему оборудованию (не показано) на борту.

На фиг.2 схематично показан продольный разрез зоны сопряжения нижнего конца турели 2 и верхнего конца буя 3 до сборки. Верхний конец буя 3 имеет отходящий от него кольцевой выступ 4, а нижний конец турели имеет кольцевую канавку 5 соответствующей формы для приема кольцевого выступа 4. Кольцевой выступ имеет основание 6, ширина которого больше ширины его вершины 7, а ширина верхней части (открытой стороны) 8 канавки больше ширины ее дна 9. В показанном варианте осуществления кольцевой выступ и кольцевая канавка имеют трапецеидальное поперечное сечение. В результате намного упрощается сборка этих элементов (т.е. введение кольцевого выступа 4 в кольцевую канавку 5) и обеспечивается оптимальное распределение нагрузки между турелью 2 и буем 3.

Также возможен вариант, когда кольцевой выступ является частью турели, а кольцевая канавка выполнена в буе. Кроме того, количество кольцевых выступов с соответствующими кольцевыми канавками может быть больше единицы, в таком случае и турель, и буй будут содержать по меньшей мере один кольцевой выступ и по меньшей мере одну кольцевую канавку.

Наличие кольцевого выступа и кольцевой канавки не исключает того, что нижний конец турели 2 и верхний конец буя могут иметь коническую форму (показано схематично пунктирными линиями на фиг.2), как в известных устройствах.

На фиг.3 показан в увеличенном масштабе уплотнительный элемент 10, установленный между кольцевым выступом 4 и кольцевой канавкой 5, точнее, между вершиной 7 выступа 4 и дном 9 канавки 5, и предпочтительно прикрепленный к дну 9 канавки. Уплотнительный элемент может представлять собой кольцо из мягкой резины или мягкой стали.

Изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления и допускает различные изменения этих вариантов в пределах объема, определяемого прилагаемой формулой.

1. Узел, содержащий турель и отсоединяемый буй, причем на нижнем конце турели и на верхнем конце буя предусмотрены сопрягающиеся соединительные средства, отличающийся тем, что соединительные средства содержат кольцевой выступ, отходящий от турели или буя соответственно в сторону буя или турели, и выполненную соответственно на буе или на турели кольцевую канавку соответствующей формы для размещения кольцевого выступа, при этом ширина основания кольцевого выступа больше ширины его вершины, а ширина верхней части кольцевой канавки больше ширины ее дна.

2. Устройство по п.1, в котором кольцевой выступ и кольцевая канавка имеют трапецеидальное поперечное сечение.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором кольцевой выступ выполнен на буе, а кольцевая канавка выполнена на турели.

4. Устройство по п.1, в котором между кольцевым выступом и кольцевой канавкой расположен уплотнительный элемент.

5. Устройство по п.4, в котором уплотнительный элемент расположен между вершиной кольцевого выступа и дном кольцевой канавки.

6. Устройство по п.5, в котором уплотнительный элемент прикреплен к дну кольцевой канавки.

7. Устройство по любому из пп.4-6, в котором уплотнительный элемент представляет собой кольцо из пластичной резины или мягкой малоуглеродистой стали.