Буй для загрузки или выгрузки текучей среды

 

Изобретение относится к бурению и касается конструирования буев для загрузки или выгрузки текучей среды, главным образом, нефти. Сущность: у буя, содержащего наружный элемент плавучести, установленный с возможностью введения и закрепления в открытой вниз приемной полости плавающего судна, и центральный элемент, установленный с возможностью вращения в наружном элементе, предназначенный к постановке на якорь на морском дне и приспособленный для прохождения среды между передающим трубопроводом, соединяемым при эксплуатации с нижним концом центрального элемента и системой трубопроводов на судне, центральный элемент имеет выступающий вниз корпус, имеющий наружную периферийную часть, примыкающую к и, по существу, соответствующую по форме наружной периферии смежного конца наружного элемента плавучести, и нижнюю часть, сужающуюся вниз от наружной периферийной части. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области бурения, а более точно, к бую для загрузки и выгрузки текучей среды, главным образом, нефти.

Швартуемая система или загрузочная система на базе буя известна из патента США N 4604961. Эта известная система основана на использовании судна, имеющего сквозное палубное отверстие в центральной части судна, при этом в нижней части сквозного отверстия образована приемная полость для швартуемого элемента в виде погруженного буя. В приемной полости размещен поворотный корпус (башня), который закреплен с возможностью вращения на корпусе судна и рассчитан на помещение и закрепление буя. Буй снабжен на своем конце гидравлическим блокирующим устройством для прикрепления к поворотному корпусу. Кроме того, судно снабжено грузовой стрелой для опускания возвращаемого стропа, имеющего на нижнем конце соединительное устройство для соединения с буем, который вследствие этого можно втягивать в приемную полость. Соединение осуществляется за счет того, что буй снабжен конической центрированной приемной частью, имеющей внизу выемку, в которую возвращаемое соединительное устройство может быть помещено и закреплено, например, посредством байонетного крепления. Нижний конец возвращаемого стропа, предпочтительно, снабжен гидролокатором и телевизионным оборудованием, чтобы обеспечить позиционирование возвращаемого соединительного устройства в центрированной приемной части.

Как уже упоминалось, соединение и разъединение осуществляются с помощью стропа грузовой стрелы, снабженного специальным средством для возврата. При соединении допускаются небольшие относительные перемещения судна и швартуемого элемента или буя, вследствие чего соединение может быть осуществлено надежно только в условиях сравнительно безветренной погоды. Кроме того, это обстоятельство делает систему неприемлемой в качестве системы транспортировки совместно с челночными танкерами. Более того, для выполнения операции соединения, как и операции разъединения, требуется относительно продолжительное время.

В описании вышеупомянутого патента также раскрыт альтернативный вариант осуществления, содержащий швартуемый элемент или буй, который содержит наружный элемент плавучести, предназначенный для закрепления в нише носовой части корпуса судна, и внутренний поворотный корпус (башню), который поставлен на донный якорь с помощью якорных тросов и к которому прикреплена по меньшей мере одна вертикальная труба. Однако для этого буя заранее предполагается, что он поднимается до положения, которое несколько выше поверхности воды, вводится в швартовную нишу в носу судна, вследствие чего он после этого составляет часть носа. В результате буй подвергается на поверхности воздействию возможного резкого ветра или шторма, что усложняет его использование.

Из патента США N 4490121, кл. B 63 B 21/52, 1984 г. известен буй для загрузки или выгрузки текучей среды, главным образом, нефти, который содержит наружный элемент плавучести, установленный с возможностью введения и закрепления в открытой вниз приемной полости плавающего судна, и центральный элемент, установленный с возможностью вращения в наружном элементе. Центральный элемент предназначен для постановки на якорь на морском дне и приспособлен для прохождения среды между передающим трубопроводом, соединяемым при эксплуатации с нижним концом центрального элемента и системой трубопровода на судне.

Нижний конец центрального элемента соединен по меньшей мере с одним передающим трубопроводом для перекачки среды, а верхний конец соединен с помощью соединительной муфты с системой трубопроводов на судне.

Плавающее судно с таким буем, когда буй размещают в его приемной полости, жестко крепят к наружному элементу плавучести буя и с возможностью вращения вокруг центрального элемента, который поставлен на якорь на морском дне с помощью соответствующей системы крепления, и сам буй, таким образом, образует поворотный корпус (башенку). При соединении его втягивают в приемную полость судна с помощью лебедочного приспособления на судне и связанного с ним подъемного троса, который соединяют с погруженным буем для выполнения втягивания. После этого буй крепят с помощью блокирующего устройства в приемной полости.

Приемная полость для буя оборудована в выступающей от судна штанге, которая прикреплена к судну над поверхностью воды, вследствие чего буй, когда он помещен в приемную полость, частично приподнят над водой или полностью выступает из воды. Поэтому, как приемная полость, так и буй подвергаются на поверхности воздействию возможного резкого ветра или шторма. Ясно, что такая система в значительной степени зависит от погодных ограничений и не будет работоспособной при сравнительно большой волне как из-за практических трудностей в части соединения и разъединения, так и из-за несоблюдения требования по безопасности для экипажа в трудных условиях, связанных с ветром и большой волной.

Вышеописанный буй имеет плоскую нижнюю сторону, что отчасти приводит к тому, что буй становится более, чем необходимо, чувствительным к движению, под влиянием волны и обычных сил в воде. Указанная конструкция буя также приводит к тому, что точки крепления для передающего трубопровода и для якорных тросов буя размещают смежно с плоской нижней 'стороной буя, что отчасти представляется менее выгодно на практике.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание буя для загрузки и выгрузки текучей среды, имеющего относительно простую и недорогую конструкцию, не требующую средств торможения или активного регулирования поворотной системы, легкую в установке и демонтаже, позволяющую осуществлять ремонт и замену деталей на борту судна без расцепления буя, осуществлять соединение и разъединение между судном и буем быстрым и простым способом даже в плохую погоду и обеспечивающую надежное соединение буя с судном при любой погоде и быстрое их разъединение при превышении ограничений по погоде.

Этот технический результат достигается тем, что в буе для загрузки или выгрузки текучей среды, главным образом, нефти, содержащем наружный элемент плавучести, установленный с возможностью введения и закрепления в открытой вниз приемной полости плавающего судна, и центральный элемент, установленный с возможностью вращения в наружном элементе, предназначенный к постановке на якорь на морском дне и приспособленный для прохождения среды между передающим трубопроводом, соединяемым при эксплуатации с нижним концом центрального элемента, и системой трубопроводов на судне, согласно изобретению, центральный элемент имеет выступающий вниз корпус, имеющий наружную периферийную часть, примыкающую к и, по существу, соответствующую по форме наружной периферии смежного конца наружного элемента плавучести, и нижнюю часть, сужающуюся вниз от наружной периферийной части.

В вышеописанном буе внешняя конфигурация наружного элемента плавучести приспособлена к тому, чтобы быть по меньшей мере частично дополнительной к внутренней конфигурации приемной полости для образования уплотнения по отношению к окружающей морской среде при закреплении наружного элемента в приемной полости, которая погружена в воду. Наружный элемент плавучести снабжен обращенным вниз опорным краем для зацепления с блокирующими элементами, воздействующими снизу и образующими часть указанного блокирующего устройства. Центральный элемент буя образован трубчатым полым валом для переноса среды, при этом вал имеет относительно небольшой диаметр, а его верхний конец оборудован для автоматического соединения с системой трубопроводов, когда буй закреплен в приемной полости.

Буй с помощью своего швартового средства может быть соединен с погружным звеном якорного троса, которое опускается от приемной полости и может быть быстро и надежно вытянут и введен в погружную приемную полость даже в случае плохой погоды при бурном море. Обращенный вниз опорный край, образованный на наружном элементе плавучести буя, позволяет быстро и надежно застопорить буй на нужном месте в приемной полости особенно с помощью блокирующих устройств с гидравлическим приводом, которые могут свободно поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Практические испытания показали, что буй можно вытянуть и застопорить в подводной приемной полости в носу судна, даже в случае очень плохих погодных условий при значительных высотах волн вплоть до 5-6 м, и, кроме того, можно оставить присоединенным при любой погоде. Всю процедуру соединения можно осуществить в течение примерно 30 мин при указанной выше высоте волн. Кроме того, буй можно выбросить из приемной полости за очень короткое время и при любых погодных условиях, поскольку сразу же после освобождения он будет падать вниз и выходить из приемной полости под действием собственной массы и тяговых усилий якорной системы.

Судно с таким буем жестко прикреплено к наружному элементу плавучести буя и может поворачиваться вокруг центрального элемента, вследствие чего сам буй представляет собой поворотный корпус или башню. Поскольку центральный элемент образован промежуточным опорным полым валом, то он имеет небольшую массу и небольшую инерцию, вследствие чего достигается хорошая устойчивость по вращению при повороте наружного элемента плавучести совместно с рассматриваемым судном, в приемной полости которого буй закреплен. Кроме того, буй имеет конструкцию, которая обеспечивает простую установку и демонтаж и соответственно низкую стоимость. Предполагается, что масса буя будет в пределах 50-60 т.

На фиг. 1 изображен буй, вид сбоку, для загрузки и выгрузки в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - то же, с частичным продольным разрезом; на фиг. 4 - увеличенный вид сбоку подшипникового опорного элемента в буе; на фиг. 5 - частичный вид сбоку в увеличенном масштабе центрального элемента буя с частичным разрезом; на фиг. 6 - частичное сечение в увеличенном масштабе вида сбоку деталей конструкции буя в соответствии с фиг. 3.

Система загрузочного буя, для применения в которой предназначен буй в соответствии с настоящим изобретением, описывается в патентной заявке России N 940026902 от 30.03.92, и для дополнительного описания этой системы делается ссылка на указанную заявку. Основная конструкция и работа буя соответствуют тому, что описывается в патентной заявке России N 94026903 от 30.03.92, и в этой связи для описания деталей делается ссылка на эту заявку. В связи с этим следующее описание будет сильно ограничено описанием различий по сравнению с буем в соответствии с прежней заявкой.

Буй 1 (фиг. 1-3) содержит наружный элемент 2 плавучести, центральный элемент 3, установленный с возможностью вращения в центральном проходящем в продольном направлении отверстии в наружном элементе 2. Буй в показанном варианте воплощения (фиг. 1 и 2) имеет круглую периферийную форму, а наружный элемент 2 плавучести имеет сужающуюся вверх коническую форму.

Центральный элемент 3 (фиг. 3) содержит полый вал или стержневой элемент 4, установленный в наружный элемент 2 с помощью заменяемого подшипникового опорного элемента 5, несущего нижний радиальный подшипник 6 и верхний аксиальный подшипник 7. При необходимости подшипниковый опорный элемент 5 может быть поднят из наружного элемента 2 для контроля и возможной замены деталей (фиг. 4). Кроме того, центральный элемент 3 имеет выступающий вниз корпус 8, имеющий наружную периферийную часть 9, примыкающую(к) и соответствующую по форме наружной периферийной смежной концевой части 10 наружного элемента 2, и нижнюю часть 11, конически сужающуюся вниз от наружной периферийной части 9.

Вдоль периферии периферийной части 9 корпуса 8 с равными угловыми интервалами крепят ряд крепежных приспособлений для закрепления верхних концов якорных тросов 13 для постановки на якорь буя. В иллюстрируемом варианте показано восемь таких крепежных приспособлений в форме проушин 12, имеющих отверстия для приема болтов крепежных соединительных элементов 14 на концах соответствующего ряда якорных тросов 13.

Наружный элемент 2 плавучести и корпус 8 изготавливают из элементов листа или толстого листа (фиг. 3 и 6). Таким образом, наружный элемент 2 в данном варианте воплощения содержит внутренний цилиндр 15 из толстого листа, окружающий подшипниковый опорный элемент 5, наружный цилиндр 16 из толстого листа, который является коаксиальным с внутренним цилиндром 15, наружные элементы 17, 18 в форме усеченного конуса из толстого листа и проходящие в поперечном направлении элементы 19, 20, 21 из толстого листа, расположенные между элементами 17, 18 и соединенные с ними сваркой. В его верхней части наружный элемент 2 дополнительно содержит пару элементов 22, 23 в форме усеченного конуса из толстого листа, которые на их внутренней периферии крепят к внутреннему цилиндру 15, а на их внешней периферии крепят к верхней концевой части наружного цилиндра 16. Верхняя кольцевая пластина 24 образует верхнюю поверхность наружного элемента 2, а цилиндр 25 из толстого листа образует пространство для приема известного, самого по себе, шарового шарнира 26, установленного на верхней части стержневого элемента 4, и образует гибкий переход к поворотному приспособлению (на фиг. не показано) для соединения системы трубопроводов на судне, где при эксплуатации соединяют буй, как описано в упомянутой выше заявке.

К верхней части цилиндра 16 крепят также кольцевой или кольцеобразный элемент 27, образующий выступ, имеющий обращенный вниз опорный край 28 для зацепления с блокирующими элементами, образующими блокирующий механизм, который будет размещен в приемной полости судна, для блокирования с возможностью освобождения наружного элемента 2 буя 1 в приемной полости, как описано в упомянутой выше заявке.

С помощью описанной конструкции из толстого листа наружный элемент 2 делят на ряд камер, которые, непоказанным далее образом, могут быть приспособлены для заполнения материалом плавучести или баласта или разгрузки этого материала. Очевидно, что описанная конструкция является только примером и может быть изменена множеством различных способов.

Нижняя часть наружного элемента 2 плавучести образует конический элемент 29, способный передавать возникающие горизонтальные усилия от якорных тросов 13 к корпусу судна. Для этой цели могут быть приспособлены упрочняющие элементы в форму, например, ряда проходящих в радиальном направлении балок или пластин (на фиг. не показаны).

На верхнем конце наружного элемента 2 имеется удлинительная часть, образованная концевой частью 10. Эта часть состоит из пары концентрических цилиндров 35, 36 из толстого листа, которые сваркой крепят к кольцеобразной верхней пластине 37 и нижнему толстому листу 38, имеющему форму усеченного конуса. В центральном отверстии толстого листа 38 расположен кольцеобразный несущий фланец 39 для поддержания при необходимости центрального элемента 3, как описывается ниже.

В иллюстрируемом варианте воплощения корпус 8 центрального элемента 3 содержит нижний полый стержневой элемент 45, составляющий продолжение верхнего стержневого элемента 4 и прикрепленный к нему через фланцевый элемент 46 и ступицу 47, соединенную с ним и приспособленную для приема радиального подшипника 6. Для целей сборки фланцевый элемент 46 содержит фланцевое кольцо 48, прикрепленное к фланцевому элементу 46 с помощью винтов 49, как показано на фиг. 5. Фланцевый элемент 46 с фланцевым кольцом 48 обеспечивают поддерживание и удерживание всего центрального элемента 3 при удалении подшипникового опорного элемента 5 с подшипником 6 из буя. Затем фланцевое кольцо 48 поддерживается несущим фланцем 39, а уплотнительное кольцо 50, показанное на фиг. 6, предотвращает в этой ситуации попадание окружающей воды между несущим фланцем 39 и фланцевым кольцом 48.

Кроме того, корпус 8 состоит из внутреннего цилиндра 51 из толстого листа и коаксиального с ним внешнего цилиндра 52 из толстого листа, верхнего элемента 53 в форме усеченного конуса, выполненного из толстого листа, проходящего параллельно элементу 38, и нижнего элемента 54 в форме усеченного конуса, выполненного из толстого листа, последовательно образующего сужающуюся вниз коническую часть 11 корпуса 8. Элементы 53, 54 соединены друг с другом с помощью сварки. Кроме того, корпусу 8 придают жесткость с помощью проходящих в радиальном направлении элементов 55 из толстого листа, которые приваривают к верхней части нижнего стержневого элемента 45 и к фланцевому элементу 46.

Описанная конструкция из толстого листа делит корпус 8 на несколько водонепроницаемых камер 56 (фиг.3) для приема материала плавучести или балласта. Эти камеры 56 могут быть обеспечены соответствующим приспособлением (на фиг. не показано) для наполнения или извлечения материала плавучести или балласта. Например, они могут быть оборудованы соответствующими вентилями или кранами для наполнения или отведения воздуха или воды. Корпус 8 центрального элемента 3 может быть дополнительно разбит на сегменты, например, с помощью пластин, проходящих в радиальном и осевом направлениях, для деления на дополнительные взаимно разделенные камеры, чтобы также гарантировать требуемую плавучесть при возникновении утечки в одной или более камерах.

Нижний конец нижнего стержневого элемента 45 приспособлен для соединения с передающим трубопроводом 57 буя 1. Трубопровод 57 может быть соединен с буем 1 через гибкое соединение 58, как показано на фиг. 1 и 3.

Как лучше всего показано на фиг. 1, наружный элемент 2 в его верхней части снабжен ограждающим щитком 59. Он состоит из слоя эластичного материала, нанесенного на верхнюю часть поверхности наружного элемента 2. Соответствующим материалом является резина, которая может быть нанесена с помощью вулканизации. С помощью такого ограждающего щитка 59 буй 1 защищен от возможного разрушения в связи с введением буя в приемную полость судна.

Ограждающий щиток 59 может быть изготовлен различными способами и может, например, содержать ряд проходящих в продольном направлении направляющих краевых элементов (на фигу. не показаны), размещенных с соответствующими интервалами по периферии поверхности наружного элемента и покрытых материалом, образующим ограждающий щиток 59. Путем использования таких направляющих краевых элементов, имеющих соответствующую прочность, можно избежать применения наружного элемента 18 из толстого листа, причем материал плавучести может состоять из соответствующего пенопласта или материала литого стекловолокна, который усиливается указанными краевыми элементами.

Как дополнительно показано на фиг. 1 и 3 и соответствующим образом в упомянутой выше патентной заявке России N 94026903, буй 1 снабжают так называемым подъемным бриделем 60, прикрепленным к верхней части буя 1 и состоящим из нескольких тросов 61 (в данном примере показаны три троса), образующих конусный контур, формирующий верхнюю удлиненную часть конической формы буя. На его верхнем конце подъемный бридель 60 соединен хомутом 62 с подъемным тросом 63 для подъема и введения в приемную полость судна. Это устройство обеспечивает безопасное и правильное введение буя в приемную полость.

Формула изобретения

1. Буй для загрузки или выгрузки текучей среды, главным образом нефти, содержащий наружный элемент плавучести, установленный с возможностью введения и закрепления в открытой вниз приемной полости плавающего судна, и центральный элемент, установленный с возможностью вращения в наружном элементе, предназначенный к постановке на якорь на морском дне и приспособленный для прохождения среды между передающим трубопроводом, соединяемым при эксплуатации с нижним концом центрального элемента и системой трубопроводов на судне, отличающийся тем, что центральный элемент имеет выступающий вниз корпус, имеющий наружную периферийную часть, примыкающую к и по существу соответствующую по форме наружной периферии смежного конца наружного элемента плавучести, и нижнюю часть, сужающуюся вниз от наружной периферийной части.

2. Буй по п. 1, отличающийся тем, что наружный элемент плавучести, по существу, имеет круглую периферийную часть и по меньшей мере частично сужающуюся вверх коническую часть.

3. Буй по п.1 или 2, отличающийся тем, что ряд крепежных приспособлений для крепления верхних концов якорных тросов для постановки буя на якорь закреплены с интервалами на периферии наружной периферийной части корпуса центрального элемента.

4. Буй по п.2 или 3, отличающийся тем, что наружный элемент плавучести на его нижнем конце имеет, по существу, аксиально проходящую выступающую часть между смежной конической частью наружного элемента и наружной периферийной частью корпуса центрального элемента.

5. Буй по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что корпус центрального элемента содержит по меньшей мере одну камеру плавучести для материала плавучести или балласта.

6. Буй по п.5, отличающийся тем, что камера плавучести выполнена с возможностью заполнения или разгружения материалом плавучести или балласта.

7. Буй по п.5 или 6, отличающийся тем, что корпус центрального элемента разделен на сегменты для разделения на несколько водонепроницаемых камер.

8. Буй по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что наружный элемент плавучести имеет ограждающий щиток, на по меньшей мере верхней части его наружной поверхности.

9. Буй по п.8, отличающийся тем, что ограждающий щиток состоит из слоя эластичного материала, например резины, который нанесен на верхнюю часть поверхности наружного элемента.

10. Буй по п.8 или 9, отличающийся тем, что ограждающий щиток содержит ряд проходящих в продольном направлении направляющих краевых элементов, размещенных с интервалами по периферии поверхности наружного элемента и покрытых материалом, образующим ограждающий щиток.

11. Буй по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что он содержит центральный, выполненный с возможностью замены подшипниковый опорный элемент, несущий нижний радиальный подшипник и верхний аксиальный подшипник для центрального элемента, при этом центральный элемент содержит верхний и нижний полые стержневые элементы, которые на переходном участке в корпус центрального элемента соединены друг с другом посредством фланцевого элемента, служащего для поддержания центрального элемента на наружном элементе плавучести при удалении подшипникового опорного элемента из буя.

РИСУНКИ

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