СИСТЕМА ДЛЯ ПОСТАНОВКИ СУДОВ НА ЯКОРЬ Российский патент 2002 года по МПК B63B21/50 

Изобретение относится к системе для постановки судов на якорь, в частности, для добычи нефти и газа, причем эти суда, предпочтительно в носовой части, оборудованы средством постановки на мертвый якорь, а система содержит якорное средство, расположенное на морском дне, и по меньшей мере один якорный трос для соединения якорного средства со средством постановки на якорь, установленным на судне.

При добыче нефти и газа в открытом море часто возникает проблема, связанная с трудностью выполнения очень важных операций в определенных условиях. Эти операции обычно касаются транспортирования текучих сред либо между двумя судами, одно из которых стоит на мертвом якоре, или между трубопроводом, соединенным с якорным средством на морском дне и судном, стоящим на мертвом якоре. При стоянке на мертвом якоре и проведении указанных операций в изменяющихся и неблагоприятных условиях, например при ветре, волнении и океанических течениях, могут возникать значительные напряжения и силы. Эти напряжения прежде всего могут привести к остановке работы, а в худшем случае - к аварии, например к неконтролируемому вытеканию нефти. Очевидно, что в зависимости от обстоятельств система согласно изобретению может также использоваться для выполнения операций в море, не связанных с добычей нефти и газа.

Известна система для постановки судов на мертвый якорь (см. US 3455270, В 63 В 21/38, 1969), содержащая стационарное якорное устройство, расположенное на морском дне, по меньшей мере один якорный трос для соединения якорного устройства с установленным на судне средством для постановки на мертвый якорь и плавучее тело, прикрепленное к средней части якорного троса, причем якорное устройство снабжено поворотным устройством, выполненным с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом.

В этом же документе описан якорь для установки на морском дне, в основном для постановки судна или другого плавучего средства на мертвый якорь, содержащий поворотное устройство, выполненное с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом, идущим от судна.

Такие система и якорь имеют недостаточную надежность из-за того, что при изменении направления силы, действующей со стороны судна при стоянке на якоре, не обеспечен достаточный крутящий момент для поворота поворотного устройства. Кроме того, в указанной известной системе плавучее средство испытывает сильное воздействие ветра и волн, что приводит к чрезмерной нагрузке на якорный трос.

Задачей изобретения является повышение надежности системы для постановки судов на мертвый якорь и якоря для установки на морском дне путем обеспечения достаточного крутящего момента для поворота поворотного устройства и снижения нагрузок на якорный трос.

Поставленная задача решается тем, что в системе для постановки судна на мертвый якорь, содержащей стационарное якорное устройство, расположенное на морском дне, по меньшей мере один якорный трос для соединения якорного устройства с установленным на судне средством для постановки на мертвый якорь и плавучее тело, прикрепленное к средней части якорного троса, причем якорное устройство снабжено поворотным устройством, выполненным с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом, согласно изобретению упомянутый элемент выполнен с консольно закрепленными с каждой его стороны двумя плечами, имеющими общую горизонтальную ось, а нижняя часть якорного троса выполнена с двумя участками, концы которых соединены с наружными концами соответствующих плеч с образованием совместно с последними равнобедренного треугольника и возможностью поворота относительно упомянутой горизонтальной оси, при этом плавучее тело выполнено с возможностью расположения преимущественно под водой при постановке судна на якорь.

Поставленная задача решается также тем, что в якоре для установки на морском дне, в основном для постановки судка или другого плавучего средства на мертвый якорь, содержащем поворотное устройство, выполненное с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом, идущим от судна, согласно изобретению указанный элемент выполнен с консольно закрепленными с каждой его стороны двумя имеющими общую горизонтальную ось плечами для прикрепления к их наружным концам с возможностью поворота относительно этой оси соответствующих концов двух участков, с которыми выполнена нижняя часть якорного троса, образующих совместно с этими плечами равнобедренный треугольник.

Благодаря тому, что плавучее тело в нормальном состоянии погружено в воду, воздействие на него ветра и волн существенно ослаблено, так что нагрузка на якорный трос снижена, что повышает надежность системы.

Благодаря указанному выше выполнению нижней части якорного троса, соединенной с поворотным устройством, и наличию в последнем консольно закрепленных плеч достигается достаточный крутящий момент для поворота поворотного устройства в соответствии с направлением силы, действующей со стороны судна при стоянке на якоре. Это также повышает надежность системы и якоря.

Среди преимуществ, достигаемых посредством изобретения, следует особенно подчеркнуть тот факт, что указанные операции в большинстве случаев могут быть выполнены при неблагоприятных условиях с большей безопасностью и надежностью, чем при использовании известных способов и систем. В частности, система согласно изобретению характеризуется большей гибкостью в отношении постановки на мертвый якорь и транспортировки текучей среды, т.е. система адаптируется к напряжениям и силам, возникающим во время выполнения операций.

В последующем описании изобретение объясняется более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
на фиг. 1 схематично показан первый вариант выполнения системы согласно изобретению,
на фиг. 2 на виде сбоку более подробно показан якорь с соответствующим поворотным устройством, которые могут входить в систему согласно изобретению, и
на фиг.3 показано то же, что на фиг.2, но на виде спереди.

На фиг.1 показаны морское дно 1, поверхность 2 моря, а также по существу вся система согласно изобретению в ситуации, когда судно поставлено на мертвый якорь для выполнения соответствующих операций. На фиг.1 показаны добывающее плавучее средство или судно 10, обычно танкер, якорь 3 на морском дне 1 и якорный трос, состоящий из двух частей 6 и 8, между которыми находится плавучее тело 7, называемое также буем для троса. В носовой части судно 10 известным образом оборудовано средством 11 постановки на мертвый якорь, которое подробно не показано.

Система в том виде, как она описана, имеет все необходимое для постановки судна 10 на мертвый якорь и поэтому обладает преимуществами, указанными во вступительной части описания. Важным элементом этой системы постановки на якорь является буй 7 для троса, расположенный предпочтительно в средней части якорного троса 6, 8 в целом или соединенный со средней частью троса. Понятно, что нет необходимости располагать буй 7 точно посередине всего троса, но для достижения желаемого результата предпочтительно, чтобы буй находился на значительном расстоянии как от нижнего конца якорного троса 6, который соединен с якорным средством 3, так и от верхнего конца якорного троса 8, соединенного со средством 11 постановки на якорь.

Размеры буя 7 выбраны так, чтобы при воздействии большинства условий или нагрузок обеспечивалось весьма значительное различие углового положения смежных участков частей 6 и 8 троса. В нормальных условиях часть 6 троса идет вверх от якоря 3 под явно меньшим углом относительно вертикали, чем угол, под которым часть 8 троса отходит от буя 7. Когда судно 10 подвергается воздействию сильного ветра, волн или морских течений, весь якорный трос 6, 8 может быть натянут сильнее, чем показано на фиг.1, так что буй 7 будет погружен в воду глубже, а угол между частями 6 и 8 троса может приближаться к 180^o. В другом крайнем случае, когда на якорь действуют минимальные силы, буй 7 может плавать на поверхности 2 моря, если длина части 6 троса больше, чем глубина моря.

Последняя ситуация наиболее вероятна, когда работа происходит вблизи от берега или в мелких водах, например в терминалах для танкеров или аналогичных сооружениях. Когда работа и установка системы происходят в более бурных водах, например далеко в море, буй 7, как правило, будет находиться довольно глубоко под водой. Это само по себе является весьма благоприятной ситуацией для буя и системы в целом, так как расположенный глубоко в воде буй меньше подвергается воздействию ветра и волн, чем если бы он был на поверхности моря. Положительный результат, достигаемый благодаря бую 7, состоит также в том, что практически в любых условиях часть 6 якорного троса будет натянута вверх от якоря 3, т.е. никакая часть троса не окажется на морском дне 1.

В некоторых случаях это плавучее устройство включает больше одного буя, но оно все равно выполнено так, что более или менее в середине всего якорного троса имеется сравнительно небольшой участок изгиба. Главное назначение такого буя или плавучего устройства состоит в том, чтобы создать относительно сосредоточенную плавучесть якорного троса, которая обеспечивает мягкость или гибкость всей системы постановки на якорь с уменьшенным влиянием динамических нагрузок.

Кроме описанной выше функции постановки на мертвый якорь, система в целом должна обеспечить транспортировку текучей среды между якорным средством 3 и судном 10, например для добычи углеводородов. На фиг.1 показан относительно гибкий рукав 9, идущий к носовой части судна 10, имеющего подходящее соединительное средство, которое может быть объединено со средством 11 постановки на мертвый якорь. Такие средства сами по себе известны. На нижнем участке рукава 9 имеются плавучие элементы 9А, которых в данном случае три, однако их число и размеры могут меняться в зависимости от желаемой формы рукава 9. Основное назначение плавучих элементов 9А состоит в том, чтобы нижняя часть рукава 9 была всегда поднята относительно морского дна 1. Большим преимуществом является то, что рукав 9 проходит под водой значительно ниже якорного троса 6, 8, как показано на фиг.1, и благодаря этому исключается какой-либо контакт между двумя главными частями системы, так что рукав 9 не будет поврежден якорным тросом 6, 8.

Транспортирование текучей среды, например, для погрузки танкера и, возможно, для его разгрузки, является основным предметом нашей одновременно поданной международной заявки PCT/NО 96/00202.

На фиг.2 и 3 более подробно показана возможная и предпочтительная конструкция якоря 3 с соответствующим оборудованием, в частности с поворотным устройством 5 на верхней части якоря 3. Согласно изобретению якорь предпочтительно представляет собой известный сам по себе всасывающийся якорь, который может заглубляться в рыхлые нижележащие слои морского дна 1 для достижения прочного закрепления. В примере, показанном на фиг.2 и 3, всасывающийся якорь 2 имеет форму цилиндра, открытого снизу.

В центре верхней части якоря 3 имеется неподвижный несущий элемент 13, на котором установлено собственно поворотное устройство 5. Оно имеет верхний соединительный элемент 19 и трубчатое колено, с которым соединен нижний конец рукава 9, например, с помощью фланцевого соединения. Нижняя часть 18 поворотного устройства служит для соединения двух участков 6А и 6В троса, как более подробно показано на фиг.3. Участки или части 6А и 6В троса образуют нижний конец так называемой "вороньей лапки", вершина которой обозначена позицией 6С (фиг. 1), так что "воронья лапка" в целом имеет форму предпочтительно равнобедренного треугольника, основание которого образовано плечами 15А, 15В. Эти плечи закреплены консольно с каждой стороны нижнего элемента 18 поворотного устройства и могут поворачиваться вместе с поворотной частью вокруг центральной оси всего узла, состоящего из якоря и поворотного устройства. Плечи 15А и 15В имеют общую горизонтальную ось 15С, а участки 6А и 6В троса соответственно соединены с наружными концами плеч 15А и 15В с возможностью поворота относительно оси 15С. Важной функцией плеч 15А и 15В является обеспечение достаточного крутящего момента для поворота поворотного устройства вокруг центральной вертикальной оси в зависимости от направления силы, действующей со стороны судна 10 при стоянке на якоре через якорный трос 6, 8. Элементы 18 и 19 поворотного устройства поворачиваются вокруг вертикальной оси как единый узел.

В описанной выше конструкции кроме поворота вокруг вертикальной оси предусмотрена возможность поворота вокруг горизонтальной оси 15С. Вместо вышеупомянутой более или менее гибкой "вороньей лапки" можно использовать более жесткую конструкцию в виде вилки, входящую в якорное средство в целом. Как в случае "вороньей лапки", так и в случае жесткой вилки для присоединения нижних концов якорных тросов могут использоваться известные крепежные средства или способы крепления. Может также использоваться сравнительно стационарное крепление или соединение, которое можно относительно легко ослабить и которым можно манипулировать, например, посредством ROV. Такой возможностью разъемного закрепления обладает устройство типа "цепной стопор", который может самостопориться, но, с другой стороны, допускает манипуляции, что само по себе известно.

Как видно на фиг.2, рукав 9 отходит от поворотного устройства 5 наружу и вверх под меньшим углом относительно горизонтали, чем участок 6А якорного троса. Если к тому же рукав 9 проходит посередине между участками 6А и 6В троса, как показано на фиг.3, то вероятность повреждения рукава 9 за счет контакта с какой-либо частью якорного троса будет минимальной.

Возможная, но не предпочтительная, альтернативная конструкция предусматривает, как показано позицией 9Х, что рукав отходит от поворотного устройства 5 вверх по центру. Это означает, что рукав где-нибудь выше в воде должен будет пересечься или пройти рядом с якорным тросом 6, 8. Обычно такая конструкция является менее удачным решением. На фиг.2 показан также трубопровод 14 для подачи, например, добываемой текучей среды типа углеводородов к якорному средству 3, а именно, к его неподвижному несущему элементу 13 для поворотного устройства 5.

Описанная система может быть предназначена для работы, например, на глубинах 150-300 м. На глубине, например, 200 м две части 6 и 8 якорного троса в приемлемом в практическом отношении варианте выполнения могут иметь длину 160 м и 200 м соответственно.

Очевидно, что изобретение допускает различные модификации и варианты в пределах своего объема. Таким образом, когда говорится о том, что якорь 3 является стационарным, это не значит, что всасывающийся якорь или гравитационный якорь должен после установки вечно оставаться на морском дне 1. Как известно, даже такие относительно стационарные сооружения на морском дне могут быть удалены с помощью подходящих средств и оборудования. В этом контексте "стационарное якорное устройство" означает якорь, установленный на дне на более длительный срок, чем обычный якорь, который находится на судне и может быть брошен в море или поднят на судно посредством обычного шпиля.

Способ установки якорного устройства в описанной выше системе согласно изобретению предпочтительно может включать подвешивание якоря на конце якорной цепи или троса, идущего от имеющегося на судне обычного якорного шпиля или лебедки, которые используются для опускания якоря в заранее заданное место на морском дне.

На фиг. 1, а также на фиг.2 и 3 показана вершина 6С "вороньей лапки", однако, очевидно, что положение этой вершины 6С может сильно меняться и возможно, что она будет расположена рядом с плавучим телом или буем 7 или на нем. Если рукав отходит от поворотного устройства 5 на фиг.2 приблизительно вертикально (как показано позицией 9Х), то может оказаться целесообразным, чтобы рукав пересекался с якорным тросом 6 или проходил мимо него между двумя его участками 6А и 6В, образующими стороны "вороньей лапки", на участке, расположенном выше в воде. Также возможно, чтобы это пересечение происходило вблизи буя 7, если вершина 6С расположена в соответствующем месте, при этом рукав может также быть подвешен к бую в этом месте.

Вместо "вороньей лапки" в качестве продолжения якорного троса описанная система может быть снабжена вилкой или аналогичной деталью, как показано и описано в вышеупомянутой одновременно поданной международной заявке.

Система для постановки судна на мертвый якорь содержит якорное устройство, расположенное на морском дне, по меньшей мере, один якорный трос для соединения якорного устройства с установленным на судне средством для постановки на мертвый якорь и плавучее тело, прикрепленное к средней части якорного троса. Якорное устройство снабжено поворотным устройством, выполненным с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом. Этот элемент выполнен с консольно закрепленными с каждой его стороны двумя имеющими общую горизонтальную ось плечами для прикрепления к их наружным концам с возможностью поворота относительно этой оси соответствующих концов двух участков, с которыми выполнена нижняя часть якорного троса, образующих совместно с этими плечами равнобедренный треугольник. Такое выполнение системы обеспечивает повышение ее адаптируемости к напряжениям и силам, возникающим во время стоянки судна на мертвом якоре. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для постановки судна на мертвый якорь, содержащая стационарное якорное устройство, расположенное на морском дне, по меньшей мере, один якорный трос для соединения якорного устройства с установленным на судне средством для постановки на мертвый якорь и плавучее тело, прикрепленное к средней части якорного троса, причем якорное устройство снабжено поворотным устройством, выполненным с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом, отличающаяся тем, что упомянутый элемент выполнен с консольно закрепленными с каждой его стороны двумя плечами, имеющими общую горизонтальную ось, а нижняя часть якорного троса выполнена с двумя участками, концы которых соединены с наружными концами соответствующих плеч с образованием совместно с последними равнобедренного треугольника и возможностью поворота относительно упомянутой горизонтальной оси, при этом плавучее тело выполнено с возможностью расположения преимущественно под водой при постановке судна на якорь. 2. Якорь для установки на морском дне, в основном для постановки судна или другого плавучего средства на мертвый якорь, содержащий поворотное устройство, выполненное с имеющим возможность поворота вокруг вертикальной оси элементом для соединения с якорным тросом, идущим от судна, отличающийся тем, что указанный элемент выполнен с консольно закрепленными с каждой его стороны двумя имеющими общую горизонтальную ось плечами для прикрепления к их наружным концам с возможностью поворота относительно этой оси соответствующих концов двух участков, с которыми выполнена нижняя часть якорного троса, образующих совместно с этими плечами равнобедренный треугольник.