СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПЛАВУЧЕГО ОБЪЕКТА К БУЮ, СВЯЗАННОМУ С ПОДВОДНОЙ УСТАНОВКОЙ, И ОТСОЕДИНЕНИЯ ОТ ЭТОГО БУЯ Российский патент 2012 года по МПК B63B22/02 B63B21/50 E21B43/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и системе для присоединения плавучего объекта к бую в подводной системе.

Уровень техники

В области добычи нефти и газа в открытом море известно использование судна с динамическим позиционированием (или без такового). Например, буровые скважины могут располагаться в морском дне, а трубные соединения для нефти и/или газа, составные шланги, кабели управления, силовые кабели и т.д. проходят от буровых скважин к бую. Как альтернатива, судно может использоваться для транспортировки нефти, газа и другой среды, которая транспортируется и хранится на судне, передается с судна на судно, с берега на судно или с судна на берег. Буй содержит плавучие элементы, обеспечивающие ему возможность плавать на требуемом расстоянии (например, 40-70 м) от поверхности воды, и буй также может быть втянут в судно и прикреплен к нему.

Соединение между буем и судном может быть осуществлено с помощью дистанционно управляемого аппарата с маневрирующего к бую судна, и за счет прикрепления троса к бую, после чего трос с буем подтягивается в направлении и внутрь соединительной системы на судне, например специального отсека турели/вертлюга внутри судна, внешнего устройства турели, шахты для спуска или подъема оборудования или устройства вертлюга/турели на борту судна. Для определения местоположения буя, он обычно оснащается радиомаяком-ответчиком. Как альтернатива, буй может быть притянут к судну с помощью поверхностного буя, присоединенного к погруженному бую.

Судно может быть нефтедобывающим судном, судном-хранилищем и/или разгрузочным судном для нефти и/или газа, или, как альтернатива, сжиженного природного газа, или другим плавучим объектом, таким как плавучая морская платформа и т.д.

При динамическом позиционировании судно обычно не отдает якорь на морское дно, или оно может быть лишь слегка заякорено. В обоих случаях это означает, что судно вынуждено использовать свои двигатели для того, чтобы оставаться в правильном положении. Судно имеет пропульсивные агрегаты в виде гребных винтов и поворотных движителей, соединенных с системой навигации, которые обеспечивают позиционирование судна на месте возле буя в пределах заданной области даже под воздействием ветра и волн. Однако плохая погода может привести к тому, что судно будет неспособно находиться в заданном положении, в результате чего, в целях безопасности, должно быть осуществлено управляемое отключение линий передачи, сопровождаемое отсоединением судна от буя, таким образом дающее возможность судну свободно перемещаться независимо от подводного оборудования. В таких случаях буй может также быть оснащен устройствами отдачи якоря на морское дно.

Существует ряд требований, связанных с описанным соединением между буем и судном. Во-первых, судно должно быть способно поворачиваться вокруг буя, в то время как буй должен сохранять свое исходное положение относительно буровых скважин в морском дне, чтобы избежать повреждения трубопровода и кабельных соединений между установкой и буем.

Кроме того, важно, чтобы присоединение, а особенно, отсоединение, происходило быстрым и управляемым образом при внезапных изменениях погодных условий. Также важно, чтобы соответствующие клапаны и трубы в соединительной системе и в буе были очищены от соединений углеводорода перед отсоединением, чтобы избежать загрязнения воды.

Другой задачей изобретения является обеспечение использования соединительной системы на всех возможных типах судов. Следовательно, соединительная система также должна быть гибкой в отношении места установки на судне. Задачей изобретения является необходимость только минимально возможного переоборудования судна для использования соединительной системы.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к соединительной системе для присоединения плавучего объекта к бую, связанному с подводной установкой, и отсоединения плавучего объекта от этого буя, причем буй содержит первое соединительное устройство для подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и плавучим объектом, при этом соединительная система содержит:

- опорное устройство, установленное с возможностью бокового перемещения относительно плавучего объекта;

- ярусную конструкцию вертлюга, смонтированную на опорном устройстве с возможностью перемещения, содержащую второе соединительное устройство для соединения с первым соединительным устройством на буе, запорные устройства для открытия и закрытия, по меньшей мере, одной из труб и/или линий в первом и втором соединительных устройствах в процессе присоединения и отсоединения буя; и опору турели для поворота буя относительно плавучего объекта.

Настоящее изобретение также относится к способу соединения плавучего объекта с буем, связанным с подводной установкой, реализуемому с целью подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и плавучим объектом, отличающемуся тем, что он включает следующие этапы:

- втягивание буя в отверстие, выполненное в плавучем объекте;

- временное прикрепление буя к судну;

- боковое перемещение опорного устройства с ярусной конструкцией вертлюга для их центрального размещения над буем;

- присоединение второго соединительного устройства, предусмотренного в ярусной конструкции вертлюга, к первому соединительному устройству, предусмотренному в буе;

- отсоединение устройства временного прикрепления;

- открытие запорных устройств в буе и в ярусной конструкции вертлюга для начала указанной передачи между буем и плавучим объектом.

При отсоединении буя от плавучего объекта способ также включает следующие этапы:

- закрытие запорных устройств в буе и в ярусной конструкции вертлюга;

- дренирование труб между запорными устройствами с помощью дренажной системы;

- присоединение устройства временного прикрепления;

- отсоединение первого и второго соединительных устройств друг от друга;

- отсоединение устройства временного прикрепления для расцепления буя с плавучим объектом.

Дальнейшие предпочтительные варианты изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.

Краткое описание чертежей

Предпочтительный вариант настоящего изобретения будет подробно описан со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг.1a-e иллюстрируют различные этапы присоединения буя к судну;

Фиг.1f иллюстрирует увеличенные детали по Фиг.1e;

Фиг.2 представляет в перспективе сечение буя, ярусной конструкции вертлюга и частей судна;

Фиг.3a и 3d иллюстрируют быстрое отсоединение буя от судна;

Фиг.4 иллюстрирует дренажную систему для удаления текучей среды из соединительного устройства перед отсоединением;

Фиг.5 представляет в перспективе ярусную конструкцию вертлюга с опорой турели; и

Фиг.6 иллюстрирует детали опоры турели.

Осуществление изобретения

Со ссылкой на Фиг.1, буй 1 показан в процессе втягивания в отсек 2 турели/вертлюга на судне 3. Судно 3, предпочтительно, является судном упомянутого выше типа и имеет пропульсивные агрегаты в виде гребных винтов и поворотных движителей, соединенные с системой навигации, которая обеспечивает нахождение судна на месте возле буя в заданных пределах. Судно, предпочтительно, поворачивается в направлении ветра и волны для облегчения навигации.

Буй должен сохранять ориентацию относительно морского дна, чтобы избежать повреждений буя или связанных с ним соединений труб и кабелей. Поэтому соединительная система согласно изобретению содержит опору 70 турели (Фиг.5 и 6), встроенную в ярусную конструкцию 60 вертлюга. Опора 70 турели, предпочтительно, имеет гидропривод и обеспечивает регулируемую ориентацию буя относительно судна.

Ярусная конструкция 60 вертлюга и его назначение описаны, кроме того, в норвежском патенте 306416. Эта публикация полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

Соединительная система согласно изобретению, предпочтительно, связана с системой навигации судна и обеспечивает регулирование положения буя и судна друг относительно друга и относительно морского дна, хотя следует отметить, что для работы согласно настоящему изобретению судну не обязательно иметь систему динамического позиционирования.

Со ссылкой на Фиг.1a, буй 1 содержит один или более трубных соединений 10 для передачи нефти, газа или других текучих сред с подводной установки, а также, например, составные шланги, кабели управления и силовые кабели (не показанные на Фиг.1a-c). Каждое трубное соединение имеет управляемый приводом запорный клапан, встроенный в виде детали буя. Буй может также содержать швартовы 12 для прикрепления к морскому дну. Буй содержит плавучие элементы, который держат буй на плаву на расстоянии, приблизительно, 40-70 м от поверхности моря.

В центре верхней части буя 1 установлено первое соединительное устройство 14, которое, в предпочтительной реализации, является многоканальным соединительным устройством, приспособленным для присоединения труб и, по возможности, также кабелей ко второму соединительному устройству на судне, которое будет подробно описано ниже.

Буй также содержит защитный кожух 16 с подъемной проушиной 18, выполненные таким образом, что дистанционно управляемый аппарат может закрепить подъемный трос 20 с судна в подъемной проушине 18. Буй также содержит устройство обнаружения (не показано), например акустический транспондер, для пеленгации и позиционирования буя относительно установки на морском дне. В альтернативном решении буй присоединен к поверхностному бую, который используется судном для обнаружения и подъема буя 1.

В данной реализации отсек 2 турели/вертлюга выполнен в виде отдельного отсека внутри судна (обозначенного цифрой 3). На дне 50 этого отсека 2 установлено устройство 52 временного прикрепления с отверстием 54 для буя 1. Можно видеть, что отверстие 54 и устройство 52 соответствуют форме буя 1.

Над отверстием 54 установлена ярусная конструкция 60 вертлюга, смонтированная на судне при помощи опорного устройства 80. Ярусная конструкция 60 вертлюга снабжена на своем дне вторым соединительным устройством 62, присоединяемым к первому соединительному устройству 14. Второе соединительное устройство 62 также является многоканальным соединением и обеспечивает как сцепление ярусной конструкции 60 вертлюга с буем 1, так и возможность передачи текучей среды между буем 1 и судном через ярусную конструкцию 60 вертлюга.

Соединительные устройства 14, 62 обычно содержат два трубных соединения диаметром 5-6" вместе с электрическими и гидравлическими управляющими кабелями. Предпочтительно, чтобы соединительные устройства можно было отсоединить друг от друга при определенном растягивающем усилии и при сравнительно большом угловом отклонении, что может быть необходимым для возможности быстрого выполнения отсоединения при плохих погодных условиях.

Ярусная конструкция 60 вертлюга содержит также управляемые приводом запорные клапаны в каждом трубном соединении. Таким образом, трубные соединения могут быть перекрыты как за счет запорных клапанов в буе, так и за счет запорных клапанов в ярусной конструкции вертлюга, что является необходимым при отсоединении буя. Запорные клапаны описаны далее ниже со ссылкой на Фиг.4.

Трубные соединения в ярусной конструкции 60 вертлюга ведут в обрабатывающее устройство, в резервуары для хранения и тому подобные на судне посредством других трубных соединений 66, как показано на Фиг.1e.

Как упомянуто выше, ярусная конструкция 60 вертлюга содержит опору 70 турели, обеспечивающую регулируемый поворот второго соединительного устройства 62, и, следовательно, поворот буя 1. Опора 70 турели, предпочтительно, приводится в действие гидравлическими двигателями (Фиг.5 и 6).

Опорное устройство 80 поддерживает ярусную конструкцию 60 вертлюга относительно судна. Опорное устройство содержит множество лопастных колес 82, которые позволяют опорному устройству 80 с ярусной конструкцией 60 вертлюга перемещаться в боковом направлении по рельсам в отсеке 2. Это означает, что ярусная конструкция 60 вертлюга может быть отведена от буя, когда на нем должны быть проведены работы. Опорное устройство 80 может быть закреплено на судне, когда достигнуто требуемое местоположение, тем самым предотвращая нежелательное перемещение.

Опорное устройство 80 также содержит подъемное устройство для подъема или опускания ярусной конструкции вертлюга относительно буя 1. Это станет очевидным из описания ниже.

Когда буй прикреплен к ярусной конструкции 60 вертлюга, опорное устройство 80, опора 70 турели и второе соединительное устройство 62 передают крутящие усилия от буя на судно.

Соединительная система, предпочтительно, содержит дренажную систему для удаления текучей среды из системы перед отсоединением буя. Это операция проводится после закрытия запорных клапанов, соответственно, в ярусной конструкции вертлюга и в буе. Дренажная система 90 показана на Фиг.4. Здесь показаны гидравлический запорный клапан 91 в ярусной конструкции вертлюга и гидравлический запорный клапан 92 в буе, каждый из которых блокирует жидкостное соединение между буем и судном. Позицией 93 обозначен резервуар с азотом, сообщающийся с жидкостным соединением для впуска азота в жидкостное соединение через инжекционный канал. Инжекционный клапан может управляться с помощью клапана.

Позицией 94 обозначен накопитель отходов, сообщающийся с жидкостным соединением для сбора текучей среды и азота, выжатых из жидкостного соединения через выпускной канал в результате впуска азота. Канал между жидкостным соединением и накопителем может перекрываться с помощью клапана.

Далее будет описано использование соединительной системы согласно изобретению. Как упоминалось выше, дистанционно управляемый аппарат используется для прикрепления подъемного троса 20 к подъемной проушине 18. Лебедка натягивает трос 20, и буй направляется в отсек 2 турели/вертлюга (Фиг.1) через отверстие 52.

Устройство 54 временного прикрепления присоединяет буй к судну, таким образом позволяя удалить подъемный трос 20. Затем снимают кожух 16 с подъемной проушиной 18 (Фиг.1b).

Опорное устройство 80 с ярусной конструкцией 60 вертлюга затем отводят в сторону, в результате чего первое и второе соединительные устройства в буе и в ярусной конструкции вертлюга, соответственно, располагаются центрированным образом друг над другом (Фиг.1с). Второе соединительное устройство в ярусной конструкции вертлюга также поворачивается при помощи опоры 70 турели, посредством чего достигается правильная ориентация относительно первого соединительного устройства 14 в буе.

После того как достигнута правильная ориентация и все полностью готово для соединения, ярусную конструкцию 60 вертлюга опускают к бую. Первое соединительное устройство 14 в буе присоединяется ко второму соединительному устройству 62 в ярусной конструкции вертлюга, и соединение испытывается давлением. Кабели управления, силовые кабели и гидравлические соединения затем соединяют между буем и ярусной конструкцией вертлюга (Фиг.1d-f).

Следует отметить, что трубные соединения 68 могут также быть подсоединены снаружи соединительных устройств 14, 62, как показано на Фиг.1f. Эти трубные соединения могут либо иметь собственные гидравлические соединительные устройства или могут иметь более простую конструкцию.

Затем отцепляют устройство временного прикрепления, и буй остается подвешенным в ярусной конструкции вертлюга с помощью соединительных устройств 14, 62.

Соединительная система согласно изобретению теперь готова к использованию, и клапаны могут быть открыты для передачи текучей среды, любых управляющих сигналов и электроэнергии или тому подобного.

Перед осуществлением отсоединения, трубные соединения всегда осушают от текучей среды с помощью дренажной системы 90, как описано выше.

В процессе обычного отсоединения буя от соединительной системы приведенные выше этапы выполняются в обратном порядке.

В процессе быстрого отсоединения кожух 16 с подъемной проушиной 18 не устанавливается на буй до его отсоединения. Вместо этого буй будет спущен в воду после отсоединения всего оборудования и кожух будет установлен под водой при помощи дистанционно управляемого аппарата.

Следует отметить, что силы и крутящий момент в настоящем изобретении передаются судну через соединительные устройства посредством опоры турели в ярусной конструкции вертлюга.

В известном уровне техники опора турели встроена в судно как часть отверстия 54, что требует более значительной модификации судна, чем в настоящем изобретении, где опора турели встроена в имеющуюся ярусную конструкцию вертлюга. Следовательно, настоящее изобретение является более гибким в отношении типа судов или других плавучих объектов, на которых оно может быть установлено, и операция установки будет также менее дорогостоящей.

Изобретение относится к области добычи нефти и газа в открытом море, в частности к соединительной системе и к способу присоединения плавучего объекта к бую, связанному с подводной установкой, и отсоединения от этого буя. Буй содержит первое соединительное устройство для подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и плавучим объектом. Соединительная система содержит опорное устройство, установленное с возможностью бокового перемещения относительно плавучего объекта, и ярусную конструкцию вертлюга, смонтированную на опорном устройстве с возможностью перемещения. Ярусная конструкция вертлюга содержит второе соединительное устройство для соединения с первым соединительным устройством в буе, запорные устройства для открытия и закрытия, по меньшей мере, одной из труб и/или линий в первом и втором соединительных устройствах в процессе присоединения и отсоединения буя; и опору турели для поворота буя относительно плавучего объекта. Достигается использование системы на судах различных типов, улучшаются условия эксплуатации системы. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Соединительная система динамически позиционируемого плавучего объекта для присоединения динамически позиционируемого плавучего объекта к бую, связанному с подводной установкой, и отсоединения от этого буя, причем буй содержит первое соединительное устройство для подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и динамически позиционируемым плавучим объектом, содержащая опорное устройство, установленное с возможностью бокового перемещения относительно динамически позиционируемого плавучего объекта; ярусную конструкцию вертлюга, смонтированную на опорном устройстве с возможностью перемещения, содержащую второе соединительное устройство для соединения с первым соединительным устройством на буе, запорные устройства для открытия и закрытия, по меньшей мере, одной из труб и/или линий в первом и втором соединительных устройствах в процессе присоединения и отсоединения буя; и опору турели для поворота буя относительно динамически позиционируемого плавучего объекта, причем для сохранения углового положения буя относительно подводной установки используются данные о положении, получаемые от системы позиционирования динамически позиционируемого плавучего объекта.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дренажную систему для удаления текучей среды из соединительной системы перед отсоединением буя.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство (52) временного прикрепления, предназначенное для временного закрепления буя в приемном отверстии (54), выполненном в динамически позиционируемом плавучем объекте.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что трубы представляют собой трубы для нефти и/или газа или других текучих сред, подлежащих передаче с динамически позиционируемого плавучего объекта на берег, с берега на динамически позиционируемый плавучий объект или между динамически позиционируемыми плавучими объектами.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что линии представляют собой сигнальные линии для передачи электрических сигналов или линии передачи энергии для передачи электрической или гидравлической энергии.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что ярусная конструкция вертлюга установлена с возможностью подъема и опускания относительно опорного устройства.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что первое и второе соединительные устройства представляют собой многоканальные соединительные устройства.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что динамически позиционируемый плавучий объект располагается рядом с буем при помощи системы динамического позиционирования.

9. Система по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержит лебедку с тросом, предназначенным для прикрепления к подъемной проушине в защитном кожухе буя с целью подъема буя к динамически позиционируемому плавучему объекту.

10. Способ соединения динамически позиционируемого плавучего объекта с буем, связанным с подводной установкой, реализуемый с целью подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и динамически позиционируемым плавучим объектом, отличающийся тем, что включает следующие этапы: втягивание буя в отверстие, выполненное в динамически позиционируемом плавучем объекте; временное прикрепление буя к судну; боковое перемещение опорного устройства с ярусной конструкцией вертлюга для их центрального размещения над буем; присоединение второго соединительного устройства, предусмотренного в ярусной конструкции вертлюга, к первому соединительному устройству, предусмотренному в буе; отсоединение устройства временного прикрепления; открытие запорных устройств в буе и в ярусной конструкции вертлюга для начала указанной передачи между буем и динамически позиционируемым плавучим объектом.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что отсоединение буя от динамически позиционируемого плавучего объекта выполняют посредством следующих операций: закрытие запорных устройств в буе и в ярусной конструкции вертлюга; дренирование труб между запорными устройствами с помощью дренажной системы; присоединение устройства временного прикрепления; отсоединение первого и второго соединительных устройств друг от друга; отсоединение устройства временного прикрепления для расцепления буя с динамически позиционируемым плавучим объектом.