Способ швартовки плавучего наливного судна и система для швартовки плавучего наливного судна

 

Группа изобретений относится к водному транспорту и касается разработки технологии швартовки танкеров. Согласно одному ее способу устанавливают турель перед вертикальной центральной осью судна в колодце на опорном узле для относительного вращения турели в случае рассогласования продольной центральной линии судна и направления сил, генерируемых внешней средой. Судно швартуют к морскому дну, используя множество швартовов между турелью и этим дном. Каждый швартов жестко закрепляют к турели. Опускают множество подъемников от турели к морскому дну для приемы нефти или газа из добывающих скважин на морском дне. Поддерживающий буй жестко крепят к каждому швартову в положении, при котором этот швартов размещен между турелью и морским дном, образуя цепную линию участком швартова между турелью и этим буем. От подъемников швартов постоянно отводят с помощью цепной линии участка каждого швартова. При креплении буя к его швартову образуют угол, определяемый в точке крепления швартова к турели, между ее вертикальной осью и линией, проходящей через указанную точку, и поддерживающим буем. Этот угол по величине больше угла между проходящей через указанную точку линией, параллельной поверхности моря, и линией, проходящей через указанную точку и буй. Последний имеет плавучесть, достаточную для его погружения на глубину в пределах от 30 до 150 м. При другом способе швартовки водоизмещение буя равно, по крайней мере, 20 метрическим тоннам, и его погружают на глубину, по крайней мере, 35 м ниже уровня моря. В систему для швартовки входит колодец для размещения в нем турели. Технический результат реализации изобретения - швартовка при шторме 3 с. и 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и системе швартовки плавучего наливного судна и, более конкретно, к способу и системе постоянной швартовки плавучего наливного судна для стоянки в шторм и подобную непогоду.

Известны системы швартовки плавучих наливных судов, имеющие турель, установленную в стенке судна на подшипниках с возможностью вращения. Такие турельные системы можно в целом разделить на системы постоянной швартовки, в которой турель крепится на якорях через якорные цепи к морскому дну, или разъединяемые системы швартовки, в которых якорные цепи можно быстро отсоединить от турели.

Разъединяемые системы швартовки находят применение в таких бассейнах, где возникают сильные штормы или в которых появляются айсберги. В некоторых разъединяемых системах швартовки применяется швартовочный элемент, или буй, который постоянно устанавливается на шельфовом месторождении, но который может открываться и закрываться с турели добывающего судна. Таким образом, при непосредственной угрозе опасных погодных условий наливное судно может быть отсоединено от системы швартовки и переведено в безопасный район до окончания шторма или до прохода айсбергов. По окончании шторма наливное судно возвращается на шельфовое месторождение и вновь соединяется с системой швартовки, которая оставалась на месте.

Как показано в патенте США N 4.604.961, выданном 12 августа 1986 года, между носом и кормой судна выполняется колодец или шахта. В колодце рядом с дном судна с возможностью вращения устанавливается турель. Система швартовки соединяется с турелью и отсоединяется от нее. После соединения швартовки с турелью судно имеет возможность свободно вращаться вокруг турели. К турели прикреплено множество швартов, которыми обычно являются цепи и тросы или канаты, которые особенно на большой глубине имеют значительный вес, воздействующий на турель. Турель установлена на подшипниках. Из-за веса швартов фрикционные силы, возникающие между турелью и подшипниками, могут быть значительными. Швартовы, особенно когда судно швартуется на большой глубине, превышающей 200 м, создают значительную вертикальную нагрузку на турель. К турели крепится несколько швартов, например 8 или 10, которые разнесены по дуге относительно турели и каждая из них создает вертикальную нагрузку на турель.

Ранее предлагалась, например, в патенте США N 4.509.448, выданном 9 апреля 1985 года, система швартовки для швартуемых к турели буровых судов, в которой множество разнесенных швартов, заякоренных к морскому дну, разъемно соединялись с погружными буями и через них к турели бурового судна. Буровое судно оснащалось системой соединения/разъединения, устанавливаемой на погружных буях, и могло быстро сняться со швартов в случае приближения опасной погоды, например шторма, и уйти с курса приближающегося шторма, айсберга и т. п. После того как погода успокоится или айсберг пройдет, судно возвращается к системе швартовки и соединяется с ней вновь. Однако конкретные средства и этапы соединения и разъединения турели судна и швартов относительно трудны и сложны.

Настоящее изобретение относится к системе швартовки для постоянно пришвартованного наливного судна, способной выдержать 100 лет условий максимального шторма. Система швартовки относится к типу, позволяющему наливному судну оставаться пришвартованным во время шторма и других погодных условий без отсоединения от системы швартовки.

Система швартовки по настоящему изобретению содержит множество равноразнесенных швартов, соединенных с турелью, установленной в колодце пришвартованного судна, при этом каждый швартов оснащен погруженным буем для поддержки по меньшей мере части веса швартовки для уменьшения вертикальной нагрузки на турель и связанных с ней подшипников. Система рассчитана на работу в течение 100 лет в таких погодных условиях, как штормы или льды. Характеристики судна, компоненты системы швартовки и погодные условия взаимоувязаны для противостояния килевой и бортовой качке, подъемам и рысканию. Для каждого швартова определены минимальная и максимальная нагрузки.

Каждый швартов содержит комбинацию цепи и троса с относительно большим погружным поддерживающим буем. Вес погружного опорного буя составляет по меньшей мере 20 метрических тонн, и он может погружаться на глубины от 35 до 150 м в зависимости от таких факторов, как размеры судна, количество швартов и глубина в месте стоянки. Подъемники или подъемные трубопроводы ведут с морского дна к турели как трубопроводы для нефте- и газопродуктов от скважин для добычи углеводородного сырья к судну. Швартовы располагаются в виде зонтика от турели к подъемникам. Швартовы с погружными опорными буями расположены так, чтобы избежать контакта между подъемниками и швартовами в любое время во время самых неблагоприятных условий в течение 100 лет штормовых условий.

Система швартовки по настоящему изобретению, в которой используются погружные буи для поддержки швартов, имеет много преимуществ перед обычными турельными системами швартовки: (1) Для подъемников выделена большая площадь, в результате чего отсутствует контакт между подъемниками и швартовами при любых погодных условиях.

(2) Характеристики усилий, отклоняющих швартовочную турель, являются линейными во всем диапазоне перемещений пришвартованного судна. Поэтому небольшие сдвиги в перемещении судна не приводят к возникновению больших системных усилий.

(3) Общие вертикальные системные нагрузки на турель невелики, что позволяет упростить конструкцию и удешевить систему швартовки.

(4) Погружные поддерживающие буи улучшают геометрию швартов для создания достаточно большого крутящего момента в швартовах из относительно большой горизонтальной составляющей сил, поэтому отдельной системы привода турели, нужной для вращения турели, не требуется.

(5) Волновые периодические нагрузки на швартовы невелики, что сводит к минимуму усталость швартов и системы швартовки.

(6) Поддерживающие буи преимущественно используются при первоначальной установке швартов для системы швартовки.

(7) Благодаря характеристикам направленности усилий, присущим данной конструкции, допуски на установку якорных свай можно увеличить без ухудшения характеристик системы швартовки.

Как показано ниже, кривая осевой силы и кривая чистой восстанавливающей силы для швартов по настоящему изобретению по существу являются линейными для перемещений судна, что сводит к минимуму любые пиковые нагрузки в швартовах и турели. Нелинейные кривые сил дают относительно большие изменения сил в швартовах при относительно малых смещениях или перемещениях судна и поэтому нежелательны.

Каждый швартов проходит от турели к погружному бую и от погружного буя к морскому дну. Вес каждого швартова ниже погружного буя не передается на турель. На турель передается лишь около 50% веса швартова, который расположен между турелью и погружным буем. Поэтому на турель передается минимум веса швартова. Кроме того, горизонтальная составляющая веса швартова между турелью и погружным буем пропорционально больше вертикальной составляющей по сравнению с обычными системами швартовки, где погружные буи не соединены со швартовами. Горизонтальная составляющая силы, приложенная к турели, создает относительно большой крутящий момент, который позволяет турели вращаться без применения отдельного средства привода.

Целью настоящего изобретения является создание швартовки для плавучего наливного судна, остающегося пришвартованным во время шторма и иных неблагоприятных погодных условий.

Другой целью настоящего изобретения является создание такой системы швартовки, в которой швартовы, отходящие от наливного судна, поддерживаются погружными буями для минимизации вертикальных нагрузок на турель со стороны швартова.

Другой целью настоящего изобретения является создание швартовки, где погружные поддерживающие буи отходят от турели под относительно малым углом к поверхности моря.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание наливного судна для хранения нефти или газа, имеющего множество подъемников, проходящих к морскому дну, множество швартов, разнесенных вокруг судна, поддерживаемых погружными буями, расположенными вокруг судна в конфигурации зонтика над подъемниками для предотвращения любого контакта между подъемниками и швартовами даже при самых неблагоприятных погодных условиях с тем, чтобы судно оставалось пришвартованным постоянно.

Другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, со ссылками на прилагаемые чертежи, где: Фиг. 1 - схематический вид в плане наливного судна для хранения нефти или газа, пришвартованного с помощью множества швартов к морскому дну по настоящему изобретению.

Фиг. 2 - схематический вид судна по фиг. 1, иллюстрирующий крепление швартов и их выход на морское дно.

Фиг. 3 - увеличенный фрагмент фиг. 2, показывающий дополнительные признаки швартов и турели, к которой они крепятся.

Фиг. 4 - сечение турели для наливного судна с подъемниками, отходящими вниз, и иллюстрирующее швартовы, прикрепленные к турели.

На прилагаемых чертежах судно 10 для хранения нефти или газа показано на плаву на поверхности 12 такого бассейна, как море или океан. Судно 10 имеет киль 14, расположенный под поверхностью 12 воды. Позицией 16 обозначено морское дно. Судно 10 центрально относительно его ширины имеет колодец 18. Внутри колодца 18 установлена турель, в целом обозначенная позицией 20 и выполненная с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, как более подробно поясняется ниже.

Гибкие подъемники 22 проходят от турели 20 вниз к морскому дну 16 и соединены с добывающими скважинами, например, обозначенными позициями 24 для транспортировки нефти или газа на судно 10 для временного хранения. Подъемники 22 имеют достаточную длину гибкого участка, чтобы обеспечить возможность заранее определенных перемещений судна без повреждения подъемников 22.

Множество швартов, в целом обозначенных позицией 26, разнесены вокруг турели 20 (в предпочтительном варианте через дуговые интервалы в 36^o), как показано на фиг. 1. Каждый швартов 26 в целом идентичен и содержит множество соединенных цепей и тросов. На промежуточном участке длины каждого швартова к нему подсоединен погружной поддерживающий буй, в целом обозначенный позицией 28, который составляет важную составляющую настоящего изобретения. Погружной поддерживающий буй 28 имеет большой размер и имеет водоизмещение по меньшей мере 20 метрических тонн и может иметь водоизмещение около 50 метрических тонн. Поддерживающий буй водоизмещением приблизительно в 35 метрических тонн достаточен для большинства случаев. Вес цепей и тросов, образующих несущий трос между поддерживающим буем 28 и морским дном 16, заставляет поддерживающий буй 28 погрузиться. Глубина погружения поддерживающего буя 28 определяется точкой равновесия, в которой выталкивающая сила, создаваемая плавучестью буя 28, уравновешена направленной вниз силой, прилагаемой цепями и тросами. Уравновешенная глубина буя 28, например, может составлять 75 метров и, в целом, диапазон глубин погружения составляет от 35 до 150 м.

Положение буев 28 по глубине и по горизонтали выбрано таким, чтобы исключить любой контакт между швартовами 26 и подъемниками 22 даже при самых неблагоприятных погодных штормах и иных условиях, которые могут воздействовать на судно 10, остающееся пришвартованным. Когда поддерживающий буй 28 погружается, нагрузка на такой буй уменьшается благодаря увеличению участка швартова, лежащего на дне 16.

Размер буя 28 в целом определяется весом нижнего участка цепей и тросов швартова 26 и требуемой глубиной погружения буя 28. Однако существуют и другие факторы, к которым относятся размеры и. тип судна, количество швартов и погодные условия для проектного периода в 25, 50, 75 или 100 лет. К погодным условиям относятся течения, волнение и ветер, глубина моря и возможные ледовые условия. Буй 28 может иметь балласт для точной регулировки плавучести, необходимой для достижения требуемой глубины уравновешивания. Глубина уравновешивания буя 28 также меняется в зависимости от того, является ли швартов наиболее нагруженным или наименее нагруженным, как определяется тянущим усилием судна 10. Разница в глубинах погружных поддерживающих буев 28 наиболее нагруженного и наименее нагруженного швартова может составлять, например, 20-25 метров в первую очередь в зависимости от длины швартова.

Каждый швартов 26 содержит короткий участок цепи 30, соединенный с турелью 20, и проволочный трос 32, соединенный между цепью 30 и погружным буем 28 для образования несущего троса между судном 10 и буем 28. Проволочный трос 34 отходит от буя 28 радиально наружу и вниз к морскому дну 16, над морским дном 16 он соединен с цепью 38, которая лежит на дне 16. Цепь 38 в точке 40 соединена с тросом 42, который проходит по дну 16 к якорю 44, внедренному в морское дно в точке, наиболее радиально удаленной от буя 28.

В качестве конкретного примера параметров конструкции швартов для предлагаемой системы можно привести судно водоизмещением 140000 тонн, имеющее 10 (десять) швартов 26, как показано на фиг. 1, где цепь 30 имеет длину приблизительно 5 метров, трос 32 имеет длину приблизительно 200 метров, цепь 38 имеет длину приблизительно 325 метров и трос 42 имеет длину приблизительно 1000 метров. Таким образом, длина швартова между турелью 20 и поддерживающим буем 28, образованного цепью 30 и тросом 32, составляет приблизительно 205 метров с тем, чтобы адекватно отвести буи 28 по горизонтали от подъемников 22 и для создания требуемого плеча между турелью 20 и буем 28.

Как показано на фиг. 4, турель 20 установлена с возможностью вращения вокруг в целом вертикальной оси на верхнем опорном узле, в целом обозначенном позицией 46, и нижнем опорном узле, в целом обозначенном позицией 48. Опорные узлы 46 и 48 могут иметь соответствующую конструкцию, например, показанную в параллельной заявке S.N, 07/767,026 от 27 сентября 1991 под названием "Разъединяемая турельная система швартовки", которая целиком включена в настоящее описание путем отсылки. Цепь 30 принимается в гильзе 50, закрепленной на кронштейне 52 на турели 20. Затем цепь 30 проходит по трубе 50 и крепится своим верхним концом к анкерной опоре 54 на турели 50. Направляющие трубы 60 подъемников, установленные внутри турели, соединены с подъемниками 22 и проходят вверх сквозь турель для соединения с соответствующими трубопроводами для хранения углеводородов на судне 10 или для возможной транспортировки на другое, соседнее судно известным способом.

Поддерживающие буи 28 помогают создавать восстанавливающую силу при перемещении судна 10, поскольку большую часть осевого усилия для каждого швартова 26 составляет горизонтальная составляющая, которая создает относительно большой крутящий момент, воздействующий через цепь 30 и помогающий вращению турели 20. В результате этого относительно большого крутящего момента, прилагаемого швартовом 26 к турели 20, отдельный механизм привода турели не требуется.

Таким образом, очевидно, что при использовании вышеописанной конструкции швартовы не прилагают к турели значительные вертикальные усилия, которые могли бы заклинить турель в опорах при боковых перемещениях или вращении судна под воздействием волнения на море. В предложенной конструкции при наличии существенных горизонтальных сил, приложенных к турели 20 через цепи 30 и тросы 32, соединенные со смещенными в боковом направлении буями 28, вертикальная нагрузка значительно снижается, в результате чего турель не заклинивается под воздействием вертикальных нагрузок на судно и судно 10 может свободно поворачиваться вокруг по-существу горизонтально пришвартованной турели.

Стабильность пришвартованного судна относительно подъемников 22, соединенных через турель, повышается в еще большей степени за счет относительно длинных и по существу проходящих радиально тросов и цепей, соединяющих морское дно и буи 28, как показано на фиг. 1. Первичные вертикальные силы тросов и цепей 30, 34, 40 и 42 швартова, как показано на иллюстрации, прилагаются к большим буям, которые благодаря своему радиальному разнесению препятствуют практически любому радиальному направленному вовнутрь смещению буев, в результате чего окружность, которую образуют буи, стабилизирует турель и судно относительно подъемников.

Как следует из фиг. 2 и 3, такое швартовочное расположение больших буев 28 заставляет их отойти от подъемников 22 на значительное расстояние в горизонтальном направлении и под относительно небольшим углом, приблизительно равным 30^o к поверхности моря или 60^o к вертикальной оси турели, обозначенной в целом подъемником 22, отходящим от головки 24 скважины, что приводит к отводу буев и швартов от вертикального подъемника, отходящего от головки 24 скважины и от обычного гибкого подъемника, который отходит от более удаленной подводной скважины.

Хотя выше был подробно описан предпочтительный вариант настоящего изобретения, очевидно, что специалисты могут внести в него различные изменения и усовершенствования. Однако следует понимать, что такие изменения и усовершенствования входят в дух и объем настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой.

Формула изобретения

1. Способ швартовки плавучего наливного судна в море, предназначенный для постоянной его швартовки без отсоединения судна от системы швартовки и позволяющий судну сохранять его курс на силы, генерируемые окружающей средой, заключающийся в том, что устанавливают турель перед вертикальной центральной осью судна в колодце на опорном узле для относительного вращения турели судна при рассогласовании продольной центральной линии судна и направления вышеуказанных сил, генерируемых окружающей средой, швартуют судно к морскому дну путем размещения множества швартовов между турелью и морским дном, жестко закрепляют каждый швартов к турели, опускают вниз множество подъемников от турели к морскому дну для приема нефти или газа из добывающих скважин на морском дне, отличающийся тем, что жестко крепят поддерживающий буй к каждому швартову в положении, при котором каждый швартов расположен между морским дном и турелью, образуя участком швартова между турелью и поддерживающим буем цепную линию, причем посредством этой цепной линии участка каждого швартова постоянно отводят его от подъемником, а при креплении буя к его швартову образуют угол, определяемый в точке крепления швартова к турели, между вертикальной осью турели и линией, проходящей через указанную точку, и поддерживающим буем, который больше, чем угол между проходящей через указанную точку линией, параллельной поверхности моря, и линией через указанную точку и буй, причем этому бую обеспечивают плавучесть, достаточную для погружения буя на глубину с диапазоном ее измерения от 35 до 150 м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что множество швартовов зонтообразно отводят от подъемников наружу от турели над подъемниками.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения горизонтальных сил на турели угол цепной линии участка швартова относительно вертикальной оси турели выбирают равным 60^o, а угол буя относительно поверхности моря - равным 30^o.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что швартовы отводят радиально от их поддерживающих буев на расстояние, которое больше расстояния между турелью и каждым из этих буев.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для образования цепной линии участка швартова между турелью и поддерживающим буем этот участок швартова выполняют с цепью, соединенной с турелью, и с тросом между этой цепью и поддерживающим буем.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что участок швартова между его поддерживающим буем и якорем выполняют из троса, идущего от этого буя, и цепи, верхний конец которой крепят к этому тросу, а нижний - к якорю.

7. Способ швартовки плавучего наливного судна, предназначенный для его постоянной швартовки без отсоединения судна от системы швартовки, заключающийся в том, что судно выполняют с колодцем, размещенным в центре судна по его ширине, и с опорными узлами для поддержания турели, установленной в этом колодце и имеющей возможность вращения вокруг вертикальной оси, а также с подъемниками, проходящими вниз от турели до морского дна для приема углеводородов из добывающих скважин, крепят множество швартовов вокруг турели между морским дном и турелью, каждый швартов выполняют из цепей и тросов, отличающийся тем, что поддерживающий буй жестко крепят к каждому швартову между турелью и морским дном, и водоизмещение поддерживающего буя выбирают, по крайней мере, равным 20 метрическим тоннам, образуя участком каждого швартова между турелью и буем цепную линию, посредством которой постоянно отводят швартов от подъемников, и буй погружают на глубину, по крайней мере, на 35 метров ниже уровня моря.

8. Система для швартовки плавучего наливного судна, содержащая турель, установленную в колодце на опорном узле, и множество швартовов, жестко закрепленных на турели одним концом и соединенных с морским дном вторым концом, а также подъемники, проходящие вниз от турели к морскому дну для приема углеводородов из добывающих скважин, отличающаяся тем, что поддерживающий буй жестко закреплен на каждом швартове, этот буй каждого швартова погружен на глубину от 35 до 140 метров ниже уровня моря, участок швартова между турелью и буем имеет длину, достаточную для постоянного отвода швартова от подъемника, и при этом турель размещена спереди вертикальной центральной оси указанного судна.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что поддерживающий буй имеет водоизмещение, по меньшей мере, равное 20 метрическим тоннам.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что угол между вертикальной осью турели и цепной линией участка швартова, идущего к его бую, превышает угол между поверхностью моря и буем.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что угол между цепной линией упомянутого участка швартова и вертикальной осью турели равен 60^o, а угол между поверхностью моря и буем составляет 30^o для увеличения горизонтальных сил, воздействующих на турель.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что швартовы отходят радиально наружу от буев на расстояние, превышающее по своей величине расстояние между турелью и буем, что увеличивает горизонтальные усилия на турели для стабилизации судна относительно подъемников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4