Однокорпусное судно для укладки трубопровода (варианты) и способ укладки трубопровода с однокорпусного судна (варианты)
Изобретение относится к области судостроения и касается судов для укладки труб, а также способа укладки труб с однокорпусного судна. Предложено однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее натяжные устройства, расположенные вдоль маршрута укладки трубопровода. Маршрут укладки трубопровода включает в основном горизонтальную часть, расположенную со стороны, противоположной направлению укладки, на высоте, по меньшей мере, 10 м над центром бортовой качки судна, и часть, расположенную с кормовой стороны корпуса судна в направлении укладки, которая имеет наклон вниз и, в процессе использования, погружается в воду в точке, находящейся внутри кормового конца корпуса судна. Предложен также способ укладки трубопровода с однокорпусного судна, согласно которому трубопровод сначала направляют вдоль в основном горизонтального маршрута укладки на высоте, по меньшей мере, 10 м над уровнем центра бортовой качки судна, а затем направляют вдоль криволинейного маршрута укладки в воду, внутри судна. Технический результат заключается в повышении универсальности судна за счет возможности работы в широком диапазоне глубин, в повышении надежности выполнения работ по укладке трубопровода. 4 н. и 32 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к судну для укладки трубопровода в море и к способу укладки трубопровода. В частности, изобретение касается маршрута укладки, направляющего трубопровод, сходящий с судна.
Уровень техники
При укладке морских трубопроводов обычно используется один из двух способов: либо "S"-образная укладка трубопровода, либо "J"-образная укладка трубопровода. Свое название оба способа получили в соответствии с общей формой, принимаемой трубопроводом при укладке. При "S"-образной укладке, трубопровод выходит из судна с очень небольшим отклонением от горизонтали, или вовсе без отклонения, принимая более крутой наклон в воде и возвращаясь к в целом горизонтальному положению на морском дне. При "J"-образной укладке, трубопровод выходит из судна с большим наклоном, либо даже вертикально, и его наклон постепенно уменьшается, пока трубопровод не примет в целом горизонтальное положение на морском дне. По мере нарастания интереса к глубоководной укладке трубопроводов, становится все более востребованной "J"-образная укладка, поскольку трубопровод естественно принимает вертикальное, или близкое к вертикальному положение вдали от морского дна. При укладке трубопровода на мелководье, "J"-образная укладка не является предпочтительной, так как естественная траектория трубопровода имеет только небольшой наклон под небольшим углом при его приближении к морскому дну, и "S"-образная укладка имеет преимущество.
При проектировании судна, его, в принципе, можно оборудовать как для "S"-образной укладки, так и для "J"-образной укладки, и в каждом конкретном случае использовать подходящий способ укладки. Такое решение, однако, не является удовлетворительным из-за размеров и стоимости требующегося оборудования. В другом предложенном решении, в судне, предназначенном для "J"-образной укладки, вышка, обеспечивающая "J"-образную укладку, может наклоняться под любым углом, в соответствии с глубиной укладки. Сложность такого решения состоит в том, что одна и та же вышка должна иметь возможность работать в широком диапазоне углов наклона, что, например, затрудняет установку на вышке сварочных станций.
"S"-образная укладка может использоваться и на большой глубине, при условии, что укладываемый трубопровод поддерживается на выходе судна, пока он не приобретет достаточно большой наклон относительно горизонтали. Для этого, однако, требуется опора достаточно большой длины, поскольку радиус допустимого изгиба трубопровода ограничен, особенно для трубопроводов большого диаметра.
Одним из путей создания судна, обеспечивающего "S"-образную укладку, является использование двухкорпусного полупогруженного судна. Например, подобная конструкция представлена в патенте US 4257718. Другой путь обеспечения "S"-образной укладки с использованием однокорпусного судна описан, например в патенте US 5823712. Преимущество двухкорпусного полупогруженного судна состоит в том, что укладка трубы происходит в условиях относительно небольшого крена, а также имеется достаточно много места по обеим сторонам от расположенного по центру судна маршрута укладки трубопровода (известного специалистам, как "выходной участок сварочных работ"). Дополнительная ширина такого судна и его относительно большое водоизмещение являются, однако, недостатком по сравнению с однокорпусным судном.
Для того чтобы воспользоваться преимуществами однокорпусного судна, желательно иметь судно минимальных возможных размеров, при наличии всего необходимого оборудования. При укладке труб относительно небольшого диаметра, иногда бывает предпочтительным иметь длинные отрезки предварительно собранного трубопровода на барабане, и укладывать трубопровод, сматывая его с барабана, но для трубопроводов большого диаметра трубопровод обычно формируют из отдельных отрезков трубы, длиной обычно примерно 12 м. В этом случае желательно сваривать отдельные отрезки трубы в предварительно собранные отрезки трубы (также называемые здесь "составными секциями трубы"), состоящие из, например, двух, трех или четырех отдельных отрезков трубы, после чего приваривать предварительно собранные отрезки трубы к концу укладываемого трубопровода. Такая процедура обеспечивает увеличение скорости укладки по сравнению со способом, когда к концу укладываемого трубопровода привариваются отдельные отрезки труб. Таким образом, на судне необходимо разместить сварочные станции и другое оборудование для подготовки предварительно собранных отрезков трубы.
Однокорпусное судно подвержено бортовой качке и, для сокращения негативного влияния этой качки, желательно, чтобы сварочные станции, на которых происходит присоединение к укладываемому трубопроводу новых предварительно собранных отрезков трубы, находились вблизи к оси бортовой качки. При этом качка вызывает только небольшое колебательное движение на сварочных станциях.
Однокорпусное судно такого вида раскрыто в US 5823712. Маршрут прохождения укладываемого трубопровода проходит на судне горизонтально в области оси бортовой качки судна почти по всей длине судна, и на нем размещены на носовом (от направления укладки) конце необходимые сварочные станции для приваривания к трубопроводу новых предварительно собранных отрезков, а на кормовом (в направлении укладки) конце размещены натяжные устройства для придания натяжения трубопроводу между судном и морским дном. Для обеспечения контролируемого изгиба трубопровода за пределами горизонтали, используется "концевой узел", который выступает от кормы судна и имеет длину, сравнимую с примерно половиной длины корпуса судна. При этом трубопровод выходит из кормы корпуса судна под небольшим углом наклона относительно горизонтали, а концевой узел значительно удлиняет судно.
Такая конструкция полезна для создания маршрута укладки, вдоль которого сначала производится сварка, затем натяжение, а потом изгиб трубопровода, однако ее недостатком является то, что часть трубопровода, укладываемого по концевому узлу, открыта (что создает проблемы особенно при работе во льдах), и то, что нагрузка трубопровода на судно приложена к концу концевого узла, который расположен от центра масс (центр тяжести) судна значительно дальше кормы судна и, поэтому, может создавать большие моменты (крутящие моменты), приложенные к судну.
Конструкция станций предварительной сборки может быть выполнена в соответствии с раскрытием в патенте Великобритании GB 0704410.0, "Предварительная сборка плетей трубопроводов на борту судна-трубоукладчика", номер регистрации у поверенного 12739GB/JGP, поданной 7 марта 2007 г. Содержание этой заявки полностью введено в настоящее описание посредством ссылки. Судно и/или способ в соответствии с настоящим изобретением могут включать любой из признаков, раскрытых в этой патентной заявке Великобритании. В частности, формула настоящей заявки может быть уточнена для включения любого из признаков, раскрытых в этой заявке. Например, признак использования станций обработки труб, которые могут изготавливать двухзвенные секции трубы и трехзвенные секции трубы, может быть введен в настоящее изобретение.
Целью настоящего изобретение является создание однокорпусного судна для укладки трубопровода и способ укладки трубопровода, в которых отсутствуют или сведены к минимуму по крайней мере некоторые из описанных выше недостатков.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первой особенностью изобретения, предложено однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее натяжные устройства, расположенные вдоль маршрута укладки трубопровода, в котором маршрут укладки трубопровода включает противоположную от направления укладки часть, расположенную в основном горизонтально на высоте по крайней мере 10 м над центром бортовой качки судна, и часть, расположенную со стороны первого конца корпуса судна в направлении укладки, которая имеет наклон вниз и, в процессе использования, погружена в воду в точке, находящейся внутри корпуса судна относительно первого конца корпуса судна.
Благодаря необычному решению расположить противоположную от направления укладки часть маршрута укладки значительно выше оси бортовой качки судна, оказалось возможным создать однокорпусное судно, которое может работать в широком диапазоне глубин, обеспечивая при этом хорошую защиту трубопроводу, выходящему из судна при больших углах его наклона к горизонтали. В то же время, поскольку трубопровод входит в воду еще до того, как он достигает края корпуса судна, обеспечивается хорошая защита трубопровода в районе поверхности воды, где велик риск его повреждения.
Согласно первой особенности изобретения, в предпочтительном варианте выполнения, противоположная от направления укладки и в основном горизонтальная часть маршрута укладки расположена по крайней мере на 20 м выше центра бортовой качки судна. В описанных ниже вариантах выполнения изобретения, противоположная от направления укладки в основном горизонтальная часть маршрута укладки трубопровода расположена на 20-25 м выше центра бортовой качки судна.
В предпочтительном варианте, корпус судна включает, на ватерлинии и в области его первого конца, разделенные части по противоположным сторонам маршрута укладки трубопровода. Благодаря наличию частей корпуса с каждой стороны трубопровода в месте его пересечения поверхности воды и области погружения, обеспечивается особенно хорошая защита трубопровода.
Разделенные части могут образовывать замкнутое окно, но, в предпочтительном варианте, они образуют между ними выемку, открытую с первого конца корпуса судна. Благодаря этому улучшается доступ к трубопроводу в области, где он покидает судно. В предпочтительном варианте, разделенные части также образуют между ними выемку, открытую со дна. Этим обеспечивается прохождение трубопровода до уровня ниже днища судна до того, как он достигнет первого конца корпуса судна. Разделенные части могут быть соединены друг с другом выше ватерлинии.
Когда однокорпусное судно используется для "S"-образной укладки трубопровода, трубопровод обычно сходит с кормы судна, поэтому судно движется вперед в процессе укладки трубопровода. Соответственно, в предпочтительном варианте, первый конец корпуса судна находится на корме.
Особенно важен признак изобретения, согласно которому маршрут укладки трубопровода начинает изгибаться вниз еще до некоторых или всех натяжных устройств, с противоположной от направления укладки стороны. Сразу придавая кривизну трубопроводу, можно получить отклонение трубопровода вниз в начальном участке его прохождения к первому концу корпуса судна, благодаря чему возможно увеличить наклон трубопровода на первом конце корпуса судна. Поэтому желательно, чтобы по крайней мере одно натяжное устройство было расположено вдоль части маршрута укладки трубопровода, которая наклонена вниз относительно части, находящейся со стороны, противоположной направлению укладки. Еще лучше, чтобы все натяжные устройства располагались вдоль частей маршрута укладки трубопровода, которые наклонены вниз относительно части, находящейся со стороны, противоположной направлению укладки.
Со стороны натяжных устройств, противоположной направлению укладки, натяжение трубопровода, конечно, сильно ослаблено, и может быть желательным использовать один или более прижимных роликов для давления на трубопровод, чтобы заставить трубопровод следовать криволинейной траектории. Таким образом, в предпочтительном варианте, судно включает один или более прижимных роликов, расположенных вдоль маршрута укладки трубопровода в его части, находящейся от прижимных устройств со стороны, противоположной направлению укладки, для придания под давлением изгиба трубопроводу. Дополнительные прижимные ролики также могут быть установлены между натяжными устройствами для создания криволинейной формы и/или ослабления давления на натяжные устройства. Термин "прижимной ролик" в настоящем описании следует воспринимать в широком смысле, как охватывающий любой ролик, сферу, гусеничную ленту или аналогичное устройство для создания радиального давления на трубопровод.
Настоящее изобретение особенно подходит в системах укладки трубопровода, где отрезки трубопровода по очереди привариваются к концу трубопровода по мере его укладки, в отличие от систем укладки со сматыванием трубопровода с барабана. Соответственно, в предпочтительном варианте, судно должно также включать сварочные станции, расположенные вдоль маршрута укладки трубопровода для приваривания следующих отрезков трубопровода к укладываемому вдоль маршрута укладки трубопроводу. В предпочтительном варианте, судно также включает станции предварительной сборки для сваривания отдельных отрезков трубы для формирования отрезков трубопровода, каждый из которых содержит несколько отдельных отрезков трубы. Станции предварительной сборки могут быть приспособлены для сваривания двух, трех или четырех отдельных отрезков трубы. Как будет пояснено ниже со ссылками на проиллюстрированные варианты выполнения изобретения, некоторые предпочтительные признаки изобретения особенно подходят для укладки трубопровода, выполненного путем сваривания отрезков трубы длиной примерно 36 м с концом трубопровода. 36-метровые отрезки труб могут быть предварительно собраны из двух отрезков примерно по 18 м, или из трех отрезков, каждый длиной примерно 12 м. В предпочтительном варианте, станции предварительного изготовления расположены на палубах, находящихся ниже уровня части маршрута укладки трубопровода, находящейся со стороны, противоположной направлению укладки. Так как часть маршрута укладки трубопровода, находящаяся со стороны, противоположной направлению укладки, поднята более, чем на 10 м над осью бортовой качки судна, на судне имеется пространство ниже маршрута укладки и часть этого пространства может быть использована для предварительной сборки отрезков трубы.
Преимуществом судна, предложенного в настоящем изобретении, является то, что оно может быть использовано для укладки трубопроводов как на большой глубине, так и на мелководье. При укладке трубопровода на мелководье, изгиб, сообщаемый трубопроводу прежде, чем он сойдет с судна, может быть заведомо меньше, чем максимально допустимый изгиб, обеспечиваемый конструкцией судна, однако при укладке на большой глубине обычно желательно задавать изгиб с максимально допустимой кривизной. В конфигурации с заданием максимально допустимой кривизны, желательно, чтобы марш рут у кладки трубопровода входил в воду под углом, наклоненным к горизонтали более, чем на 20°. Максимальный наклон, который может быть получен, зависит от искривления, которое может выдержать труба, и как правило, больше для трубопроводов малого диаметра, чем для трубопроводов большого диаметра.
Хотя в рамках области притязаний изобретения судно не направляет трубопровод после того, как он отходит от корпуса судна, в предпочтительном варианте судно также включает внутреннюю спусковую аппарель, образующую часть маршрута укладки трубопровода, и присоединенную своим противоположным от направления укладки концом к корпусу судна. В предпочтительном варианте, конец внутренней спусковой аппарели со стороны в направлении укладки находится в зоне первого конца корпуса судна, внутри относительно первого конца корпуса судна. Такая конструкция обеспечивает дальнейший управляемый изгиб трубопровода по длине внутренней спусковой аппарели, которая все еще находится в зоне, защищенной корпусом судна. В предпочтительном варианте, на конце внутренней спусковой аппарели со стороны в направлении укладки трубопровода маршрут укладки находится более чем на 2 м, а желательно, более чем на 5 м, ниже уровня воды. В настоящем описании, маршрут укладки трубопровода должен рассматриваться как центральная продольная ось трубопровода. В предпочтительном варианте, конец внутренней спусковой аппарели находится внутри относительно первого конца корпуса судна и, поэтому, маршрут укладки трубопровода может быть опущен ниже уровня воды на первом конце корпуса судна. В предпочтительном варианте, маршрут укладки трубопровода находится более чем на 6 м ниже уровня воды у первого конца корпуса судна.
Внутренняя спусковая аппарель может быть прикреплена на судне для поворота вокруг горизонтальной оси, расположенной поперек продольной оси судна. При этом спусковая аппарель может быть установлена под желаемым углом, в соответствии с наклоном, требующимся на конце спусковой аппарели со стороны в направлении укладки. Таким образом, внутренняя спусковая аппарель имеет одно крайнее рабочее положение, при котором наклон аппарели минимален, и другое крайнее рабочее положение, при котором наклон аппарели максимален.
В предпочтительном варианте, спусковая аппарель занимает относительно короткую часть судна. Таким образом, отношение между длиной горизонтальной проекции внутренней спусковой аппарели и длиной корпуса судна, в предпочтительном варианте, составляет от 0,05 до 0,20, а в описанных далее вариантах осуществления изобретения, это отношение составляет от 0,08 до 0,15. В тех случаях, когда наклон спусковой аппарели регулируется, эти отношения должны соответствовать минимальному отклонению аппарели. Кривизна внутренней спусковой аппарели может регулироваться, например, путем перемещения роликов на аппарели в направлении поперек маршрута укладки трубопровода.
Для некоторых применений, внутренней спусковой аппарели вполне достаточно для того, чтобы придать направление трубопроводу, однако для укладки на больших глубинах (большой глубиной считается глубина более 1000 м) может оказаться целесообразным присоединить к внутренней аппарели внешнюю спусковую аппарель с тем, чтобы создать поддержку трубопроводу до достижения им большего наклона. Таким образом, судно может дополнительно включать внешнюю спусковую аппарель, образующую часть маршрута укладки трубопровода, которая присоединена своим концом со стороны, противоположной направлению укладки, к концу внутренней аппарели со стороны в направлении укладки трубопровода. Для использования на еще больших глубинах, судно может включать дополнительную спусковую аппарель, образующую часть маршрута укладки трубопровода, которая присоединена своим концом со стороны, противоположной направлению укладки, к концу внешней аппарели со стороны в направлении укладки трубопровода.
В предпочтительном варианте, в основном горизонтальная часть маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, является в основном прямолинейной. В предпочтительном варианте, в пределах этой прямолинейной части находятся сварочные станции для приваривания новых отрезков трубы к концу трубопровода. Длина в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, может быть определена одним из двух способов: согласно первому, это длина, соответствующая длине одного предварительно собранного отрезка трубы, находящегося со стороны, противоположной направлению укладки, от самого первого, со стороны, противоположной направлению укладки, сварочной станции, необходимая для обеспечения работы с трубопроводом - в данном описании эта длина называется активным отрезком в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки; согласно второму, это длина, включающая также добавочное пространство для проведения дополнительных работ - этот второй отрезок, включающий добавочное пространство со стороны, противоположной направлению укладки, называется здесь продлением в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки. В предпочтительном варианте, отношение продленной прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, к длине корпуса судна составляет от 0,48 до 0,56, а в вариантах выполнения изобретения, описанных ниже, это отношение составляет примерно 0,52. В предпочтительном варианте, отношение активного отрезка прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, к длине корпуса судна составляет от 0,4 до 0,5, а в описанных ниже вариантах выполнения изобретения это отношение составляет примерно 0,46. В предпочтительном варианте, прямая, в основном горизонтальная часть маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, образована прямолинейной аппарелью, неподвижно прикрепленной к судну.
В предпочтительном варианте, маршрут укладки трубопровода включает криволинейную часть, проходящую от прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, к части маршрута укладки трубопровода со стороны в направлении укладки. Изобретение может быть использовано для укладки трубопровода любого диаметра, но особенно большие преимущества могут быть получены при укладке трубопроводов относительно большого диаметра, включая трубопровод с диаметром 60 дюймов (1,52 м). Трубопроводы столь большого диаметра не могут быть подвергнуты резкому изгибу без повреждения, и настоящее изобретение позволяет решить задачу при сравнительно малых радиусах изгиба, В предпочтительном варианте, радиус кривизны криволинейной части является постоянным, но также может и изменяться. Желательно, чтобы средний радиус кривизны криволинейной части составлял от 250 до 400 м, еще лучше - от 270 до 310 м, а в описанных ниже вариантах выполнения изобретения, этот радиус составляет от 300 до 310 м. В предпочтительном варианте, криволинейная часть проходит от прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, к области, где маршрут укладки трубопровода отходит от корпуса судна (точка, где внутренняя спусковая аппарель, при ее использовании, присоединена к корпусу судна). В предпочтительном варианте, отношение длины, на которую выступает по горизонтали криволинейная часть маршрута укладки трубопровода, к длине корпуса судна составляет от 0,25 до 0,45, а в описанных ниже вариантах выполнения изобретения это отношение составляет от 0,3 до 0,4. В предпочтительном варианте, криволинейная часть маршрута укладки трубопровода образована криволинейной спусковой аппарелью, прикрепленной к судну, при этом аппарель, как правило, имеет постоянную кривизну.
В обычных однокорпусных судах для "S"-образной укладки, трубопроводу сначала придается изгиб вблизи кормы судна, причем значительная часть изгиба трубопровода происходит за пределами корпуса судна. В предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения, начало изгиба обеспечивается значительно раньше и близко к центру судна. В результате криволинейная часть маршрута укладки трубопровода может соединяться с прямолинейной, в основном горизонтальной частью маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки, на расстоянии d по горизонтали от вертикальной плоскости, проходящей поперек продольной оси судна через центр тяжести судна, причем отношение d к длине корпуса судна составляет менее 0,2, желательно, менее 0,1, и в описанных ниже вариантах выполнения изобретения составляет менее 0,05.
В приведенном выше описании судна, был представлен наиболее предпочтительный вариант выполнения судна. Это судно включает несколько признаков, которые обладают признаками изобретения и дают преимущества не только в комбинации, но и при использовании по отдельности или в других комбинациях.
Например, признак, состоящий в том, что маршрут укладки трубопровода погружается в воду в точке, находящейся внутри относительно первого конца корпуса судна, является признаком, обеспечивающим преимущество при его использовании даже в случае, когда маршрут укладки не содержит приподнятой горизонтальной части со стороны, противоположной направлению укладки. Таким образом, в соответствии с другой особенностью изобретения, предлагается однокорпусное судно для укладки трубопровода, в котором маршрут укладки трубопровода включает часть со стороны, противоположной направлению укладки, расположенную в основном горизонтально, и часть у первого конца корпуса судна, со стороны в направлении укладки, наклоненную вниз и, в процессе использования, погруженную в воду в точке, находящейся внутри относительно первого конца корпуса судна. Кроме того, в соответствии с другой особенностью изобретения, предложено однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее одно или более натяжное устройство, расположенное вдоль маршрута укладки трубопровода, в котором образованный на судне маршрут укладки трубопровода включает часть, расположенную у первого конца корпуса судна в направлении укладки трубопровода, которая погружается в воду в точке, расположенной внутри относительно первого конца корпуса судна.
Аналогично, признак использования маршрута укладки трубопровода с расположенными вдоль его криволинейной части натяжными устройствами, обеспечивает получение преимуществ и в других применениях. Соответственно, согласно еще одной особенности изобретения, предложено однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее одно или более натяжное устройство, расположенное вдоль маршрута укладки трубопровода, в котором маршрут укладки трубопровода включает прямую часть со стороны, противоположной направлению укладки, и криволинейную часть, которая расположена в направлении укладки от прямолинейной части, и вдоль которой увеличивается наклон вниз маршрута укладки трубопровода, причем вдоль криволинейной части установлено по крайней одно натяжное устройство.
В настоящем изобретении также предложен способ укладки трубопровода с однокорпусного судна, в котором трубопровод направляется вдоль в основном горизонтального маршрута над уровнем центра бортовой качки судна, после чего направляется вдоль криволинейного маршрута в воду, внутри судна.
В способе могут использоваться однокорпусные суда любой формы, описанные выше.
Следует иметь в виду, что описанные здесь различные особенности изобретения тесно связаны и, поэтому, важные или предпочтительные признаки одной особенности изобретения могут быть введены в другие особенности изобретения, описанные здесь. Кроме того, любая особенность способа согласно изобретению, может быть использована или выполнена на судне согласно любой другой особенности изобретения. Аналогично, конфигурация судна, согласно любой особенности изобретения, может быть использована в способе в соответствии с любой другой особенностью изобретения. Признаки устройства, предложенного в изобретении, могут быть введены в способ согласно изобретению, и наоборот. Краткое описание чертежей
Далее, в качестве примера приводится описание вариантов выполнения изобретения, со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет вид сбоку части сечения судна для укладки трубопровода,
Фиг.2 представляет вид сечения по линии II-II на Фиг.1,
Фиг.3 представляет вид сверху сечения по линии III-III на Фиг.1, показывающий только корпус судна, и
Фиг.4 представляет вид сбоку части сечения судна, представленного на Фиг.1, показывающий дополнительную спусковую аппарель, присоединенную к судну.
Осуществление изобретения
Судно, показанное на Фиг.1-3, в целом содержит корпус 1 судна, внутри которого образовано несколько палуб 2 предварительной сборки секций 3 из соединенных отдельных отрезков трубы 4, и на котором имеются краны и другое оборудование. Нос 5 корпуса 1 показан на Фиг.1 справа, а корма 6 корпуса 1 показана слева.
Как показано на Фиг.1 и 3, корпус 1 судна имеет необычную конструкцию кормовой части, которая включает концевые части 7S и 7P правого и левого бортов, между которыми образована вытянутая выемка 8. Выемка 8 открыта в кормовой части корпуса 1 и также открыта вниз (в воду), однако сверху она может быть закрыта палубой. Как показано на Фиг.1, но отсутствует на Фиг.3, внутренняя спусковая аппарель 9 соединена с корпусом судна с возможностью поворота и расположена в защищенной кормовой зоне, образованной выемкой 8.
Центр B масс (центр тяжести) судна обозначен на Фиг.1, на которой также показана ватерлиния W (уровень воды, когда судно имеет свое рабочее водоизмещение). Ось R бортовой качки (ось, вокруг которой происходит естественный крен судна) совпадает с ватерлинией W.
По длине судна в середине образован маршрут P укладки трубопровода (участок сварочных работ). Маршрут образован тремя спусковыми аппарелями: в конце маршрута укладки, противоположном направлению укладки (справа на Фиг.1), находится горизонтальная, прямая, неподвижная аппарель 10. Затем идет криволинейная неподвижная аппарель 11, которая проходит между неподвижной аппарелью 10 и внутренней аппарелью 9, являющейся третьей спускной аппарелью. Таким образом, маршрут P укладки трубопровода имеет горизонтальную секцию со стороны, противоположной направлению укладки, образованную аппарелью 10 и ведущую к криволинейной 11, обладающую постоянной кривизной, и которая, в свою очередь, ведет к секции, образованной внутренней спусковой аппарелью 9. Наклон аппарели 9 относительно корпуса 1 судна может регулироваться, а на аппарели 9 также имеются ролики, которые могут перемещаться в плоскости, поперечной маршруту P укладки трубопровода для изменения кривизны аппарели 9. Таким образом, в одном крайнем случае (подходит для укладки на сравнительно небольшой глубине), часть маршрута укладки трубопровода, образованная внутренней спусковой аппарелью 9, может быть прямолинейной, а наклон маршрута вниз на конце внутренней аппарели 9 со стороны в направлении укладки совпадает с его наклоном на конце криволинейной аппарели 11 со стороны укладки трубопровода. В другом крайнем случае (подходит для укладки на сравнительно большой глубине), маршрут укладки трубопровода, образованный внутренней спусковой аппарелью 9, может быть искривлен вниз в той же степени, или даже больше, чем криволинейная аппарель 11 с тем, чтобы отклонение вниз маршрута P укладки трубопровода на конце внутренней аппарели 9 со стороны укладки было существенно больше отклонения маршрута укладки на конце аппарели 11 со стороны укладки. На Фиг.1, аппарель 9 показана повернутой в положение, пригодное для увеличения наклона вниз маршрута P укладки труб.
Сварочные станции 12 установлены вдоль неподвижной аппарели 10 для сваривания новых составных секций труб к концу укладываемого трубопровода. Активный отрезок горизонтальной, прямолинейной части маршрута укладки трубопровода проходит, начиная от расстояния, соответствующего размеру одной соединенной секции трубы, в сторону, противоположную направлению укладки, от сварочной станции 12, установленного дальше остальных в сторону, противоположную направлению укладки (дальний справа на Фиг.1), до конца криволинейной аппарели 11 со стороны, противоположной направлению укладки. Продленная горизонтальная прямая часть маршрута укладки трубопровода проходит дальше налево (как показано на Фиг.1) к точке ниже вертолета 30, показанного на Фиг.1. Натяжные устройства 13, три из которых показаны на Фиг.1, установлены вдоль криволинейной аппарели 11 для натяжения трубопровода со стороны направления укладки. Конкретный вид сварочных станций и натяжных устройств не относится к настоящему изобретению, и поэтому они могут быть любого известного вида. Можно заметить, что на Фиг.1 натяжные устройства показаны в виде гусеничных натяжных устройств, однако следует понимать, что они могут иметь любую форму.
В направлении укладки от натяжных устройств 13, растягивающее усилие в трубопроводе заставит его следовать кривизне спусковых аппарелей 11 и 9, поэтому потребуются только ролики под трубопроводом. Со стороны же, противоположной направлению укладки, относительно одного или более натяжных устройств 13, где начинается искривление маршрута укладки трубопровода, этого растягивающего усилия еще практически нет, и может потребоваться установка нажимных роликов 31 (не показаны на Фиг.1, но показаны на Фиг.4) над трубопроводом для приложения к трубопроводу направленного вниз давления, чтобы заставить его следовать маршруту укладки, образованному криволинейной спусковой аппарелью 11. Подобные нажимные ролики 31 также могут обеспечивать прохождение трубопровода по маршруту, образованному криволинейной аппарелью 11 при ликвидационных/спасательных операциях.
Как показано на Фиг.2, корпус 1 судна имеет внутри различные палубы. На этих палубах установлено оборудование для сборки отдельных отрезков трубы в составные секции трубы, которые могут, например, содержать два, три или четыре отдельных отрезка трубы. Подробно это оборудование и особенности его работы приведены в нашей патентной заявке Великобритании под названием "Предварительная сборка плетей трубопроводов на борту судна-трубоукладчика", упомянутой выше. На Фиг.2 показана нижняя палуба 15, где хранятся отдельные отрезки трубы 4, длина которых обычно составляет примерно 12 м, промежуточные палубы 17 и 18, где производится сварка отдельных отрезков с формированием составных секций 3 трубы, где каждая секция трубы содержит несколько отдельных отрезков трубы. После предварительной сборки составных секций 3 трубы, секции поднимаются на маршрут P укладки трубопровода и свариваются с концом трубопровода. Как показано на Фиг, 2, маршрут P укладки трубопровода расположен над всеми палубами, где производится предварительная сборка составных секций 3 трубы. Расположение маршрута P укладки трубопровода на более высоком уровне является отличительным признаком описанного варианта выполнения изобретения.
При использовании судна для укладки трубопровода, двигательная установка судна продвигает его вперед и, как это обычно необходимо при "S"-образной укладке, поддерживается значительная тяга, даже если нет перемещения судна вперед, для компенсации силы, тянущей судно назад за счет натяжения трубопровода. В предпочтительном варианте, судно оборудовано системой динамического позиционирования для поддержания нужного положения в любой момент времени. Трубопровод передвигается по судну назад вдоль маршрута P укладки трубопровода, и его продвижение управляется натяжными устройствами 13. По мере того, как конец трубопровода сдвигается вдоль горизонтальной неподвижной спусковой аппарели 10, к концу трубопровода подвариваются новые составные секции трубы. Когда трубопровод доходит до криволинейной спусковой аппарели 11, прижимные ролики, находящиеся над трубопроводом, заставляют трубопровод наклоняться вниз, следуя маршруту укладки по криволинейной спусковой аппарели 11 и проходя через натяжные устройства 13. Натяжение в трубопроводе нарастает по мере прохождения натяжных устройств 13, достигая полного значения после последнего натяжного устройства. Трубопровод отходит от корпуса 1 судна по мере того, как он переходит с криволинейной спускной аппарели 11 на внутреннюю спускную аппарель 9, и после перехода на аппарель 9, погружается в воду. Как показано на Фиг.1, точка входа трубопровода в воду находится в пределах защищенной кормовой зоны, образованной выемкой 8, по сторонам которой расположены части 7S и 7P бортов кормы. Далее трубопровод переходит к концу внутренней аппарели 9, покидает внутреннюю аппарель 9 и опускается на дно. Как правило, величина направленной вперед тяги судна поддерживается такой, чтобы трубопровод, в области непосредственно за внутренней спусковой аппарелью 9 со стороны укладки, сохранял прямолинейность и располагался по касательной к концу маршрута укладки трубопровода, образованного аппарелью 9, перед тем, как его наклон уменьшается при приближении к морскому дну. Таким путем удается избежать сильной кривизны на конце внутренней спусковой аппарели 9.
Если судно должно работать на больших глубинах, то может оказаться желательным добавить дополнительную спусковую аппарель и/или стингер после внутренней спусковой аппарели 9 в направлении спуска с тем, чтобы придать дальнейший управляемый изгиб трубопроводу. В настоящем описании, не делается различия в использовании терминов "спусковая аппарель" и "стингер" и, поэтому, для дополнительной спусковой аппарели не подразумевается какой-либо конкретной конструкции при использовании термина "спусковая аппарель" вместо "стингера". На Фиг.4 показано судно, оборудованное дополнительной спусковой аппарелью 20. Можно заметить, что на Фиг.4 приведено более схематическое представление судна, которое не показывает всех деталей, приведенных на Фиг.1. Также, как и у внутренней аппарели 9, наклон дополнительной аппарели 20 по отношению к внутренней аппарели 9 может регулироваться, и спусковая аппарель 20 также может иметь ролики, положение которых может регулироваться для изменения кривизны маршрута укладки трубопровода, образуемого аппарелью 20. При необходимости, к дополнительной аппарели 20 возможно добавить еще спусковую аппарель. На Фиг.4 видно, что даже и с подсоединенной аппарелью 20, конец маршрута укладки трубопровода, определяемый концом последней аппарели, не находится далеко за пределами кормы корпуса судна, но уже погружен глубоко в воду и очень сильно отклонен от горизонтали.
В приведенном выше описании, не упомянуты размеры судна и маршрута укладки трубопровода. Конкретная конфигурация, выбираемая для какого-либо конкретного судна, будет определяться многими обстоятельствами, включая предполагаемое использование судна. Для судна, в котором используется изобретение, и которое особенно хорошо подходит для работы с трехзвенными отрезками трубы, каждый длиной 36 м (по 12 м на каждый отдельный отрезок трубы), наиболее подходит следующая совокупность интервалов параметров:
Длина корпуса 1 судна: 260 м - 330 м
Ширина корпуса 1 судна: 35 м - 45 м
Радиус кривизны криволинейной спусковой аппарели 11:300 м - 310 м
Глубина погружения ниже ватерлинии внутренней аппарели 9 при ее минимальном отклонении: 5 м - 10 м
Наклон маршрута P укладки трубопровода относительно горизонтали на конце внутренней аппарели 9 при ее максимальном отклонении: 45°-54°
Наклон маршрута P укладки трубопровода относительно горизонтали на конце внутренней аппарели 9 при ее минимальном отклонении: 24°-30°
Наклон маршрута P укладки трубопровода относительно горизонтали на конце аппарели 20 при ее максимальном отклонении: 70°-80°
Отношение длины продленной неподвижной аппарели 10 к длине корпуса 1 судна: 0,52
Отношение длины активной части неподвижной аппарели 10 к длине корпуса 1 судна: 0,46
Отношение длины горизонтальной проекции криволинейной аппарели 11 к длине корпуса 1 судна: 0,3-0,4
Отношение длины горизонтальной проекции внутренней аппарели 9 при ее минимальном наклоне к длине корпуса 1 судна: 0,08-0,15
Отношение расстояния d (Фиг.1) отточки соединения прямолинейной аппарели 10 с криволинейной аппарелью 11 до вертикальной плоскости, проходящей поперек судна через его центр тяжести, к длине корпуса 1 судна: менее 0,05
Расстояние маршрута P укладки трубопровода, образуемого прямолинейной неподвижной аппарелью 10, от оси бортовой качки судна: 20 м - 25 м
Расстояние маршрута P укладки трубопровода, образуемого прямолинейной неподвижной аппарелью 10, от днища корпуса 1 судна: 25 м - 35 м
Судно, описанного выше вида со ссылками на чертежи, может эффективно выполнять операции по укладке трубопровода с трубами самых различных размеров, как на мелководье, так и на больших глубинах, при этом укладка трубопровода на особенно больших глубинах возможна с трубами меньшего диаметра. Кроме того, судно может работать на очень малых глубинах, даже в гаванях. Далее, расположение внутренней аппарели внутри защищенной кормовой зоны делает судно пригодным для работы в субарктических и арктических районах.
В тех местах приведенного описания, где упомянуты единые сущности или элементы, имеющие известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, такие эквиваленты введены в настоящее описание как предложенные отдельно. Для определения истинного объема притязаний настоящего изобретения, следует обратиться к формуле, толкование которой должно охватывать любые такие эквиваленты. Необходимо учитывать, что признаки изобретения, описанные в качестве предпочтительных, лучших, удобных и др., вариантов, являются необязательными, и не ограничивают области притязаний независимых пунктов формулы.
1. Однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее, по меньшей мере, одно натяжное устройство, расположенное вдоль маршрута укладки трубопровода, в котором маршрут укладки трубопровода содержит противоположную от направления укладки часть, расположенную в основном горизонтально на высоте, по меньшей мере, 10 м над центром бортовой качки судна, и часть, расположенную со стороны первого конца корпуса судна в направлении укладки, наклоненную вниз и погруженную в воду при использовании в точке, находящейся внутри корпуса судна относительно первого конца корпуса судна.
2. Судно по п.1, в котором корпус судна на ватерлинии и в зоне его первого конца, содержит отдельные части по противоположным сторонам маршрута укладки трубопровода.
3. Судно по п.2, в котором отдельные части выполнены с возможностью образования между ними на ватерлинии выемки, открытой с первого конца корпуса судна.
4. Судно по п.2 или 3, в котором отдельные части выполнены с возможностью образования между ними выемки, открытой со дна.
5. Судно по п.2, в котором отдельные части соединены друг с другом выше ватерлинии.
6. Судно по п.1, в котором первый конец корпуса судна представляет собой кормовой конец.
7. Судно по п.1, в котором, по меньшей мере, одно натяжное устройство расположено вдоль части маршрута укладки трубопровода, наклоненной вниз относительно указанной части со стороны, противоположной направлению укладки.
8. Судно по п.1, в котором все натяжные устройства расположены вдоль частей маршрута укладки трубопровода, наклоненных вниз относительно указанных частей со стороны, противоположной направлению укладки.
9. Судно по п.1, которое включает в себя, по меньшей мере, один нажимной ролик, расположенный вдоль маршрута укладки трубопровода со стороны натяжных устройств, противоположной направлению укладки, для придания маршруту криволинейной формы.
10. Судно по п.1, которое дополнительно включает сварочные станции, расположенные вдоль маршрута укладки трубопровода с возможностью приваривания отрезков трубопровода к трубопроводу, укладываемому вдоль маршрута укладки трубопровода.
11. Судно по п.10, которое включает в себя станции предварительной сборки на судне, установленные с возможностью сварки отдельных отрезков трубы и формирования отрезков трубопровода, каждый состоящий из группы отдельных отрезков трубы.
12. Судно по п.11, в котором станции предварительной сборки расположены на палубах судна ниже уровня части маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки.
13. Судно по п.1, в котором, по меньшей мере, в одном варианте исполнения судна, маршрут укладки трубопровода погружается в воду под углом наклона к горизонтали более 20°.
14. Судно по п.1, в котором в основном горизонтальная часть маршрута укладки трубопровода, расположенная со стороны, противоположной направлению укладки, является в основном прямолинейной.
15. Судно по п.14, в котором отношение увеличенной длины прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода, расположенной со стороны, противоположной направлению укладки, к длине корпуса судна составляет от 0,48 до 0,56.
16. Судно по п.1, которое дополнительно включает внутреннюю спусковую аппарель, образующую часть маршрута укладки трубопровода и присоединенную одним концом, расположенным со стороны, противоположной направлению укладки, к корпусу судна.
17. Судно по п.16, в котором конец внутренней аппарели, расположенный в направлении укладки трубопровода, размещен в зоне первого конца корпуса судна.
18. Судно по п.16 или 17, в котором конец внутренней аппарели, расположенный в направлении укладки трубопровода, размещен внутри первого конца корпуса судна.
19. Судно по п.16, в котором маршрут укладки трубопровода на конце внутренней спусковой аппарели, расположенном в направлении укладки, расположен ниже уровня воды, более чем на 5 м.
20. Судно по п.16, в котором отношение длины горизонтальной проекции внутренней спусковой аппарели к длине корпуса судна составляет от 0,05 до 0,20.
21. Судно по п.16, которое дополнительно включает внешнюю спусковую аппарель, установленную с возможностью образования части маршрута укладки трубопровода и присоединения одним концом, расположенным со стороны, противоположной направлению укладки трубопровода, к концу внутренней спусковой аппарели, расположенному в направлении укладки.
22. Судно по п.21, которое дополнительно включает в себя дополнительную спусковую аппарель, установленную с возможностью образования части маршрута укладки трубопровода и присоединения одним концом, расположенным со стороны, противоположной направлению укладки трубопровода, к концу внешней спусковой аппарели, расположенному в направлении укладки.
23. Судно по п.16, в котором маршрут укладки трубопровода содержит криволинейную часть, проходящую от прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода, расположенной со стороны, противоположной направлению укладки, к части маршрута укладки трубопровода, расположенной в направлении укладки.
24. Судно по п.23, в котором радиус кривизны криволинейной части маршрута укладки трубопровода составляет от 270 м до 310 м.
25. Судно по п.23, в котором криволинейная часть проходит от прямолинейной, в основном горизонтальной части маршрута укладки трубопровода, расположенной со стороны, противоположной направлению укладки, до зоны выхода маршрута укладки трубопровода за пределы корпуса судна.
26. Судно по п.25, в котором отношение длины горизонтальной проекции криволинейной части маршрута укладки трубопровода к длине корпуса судна составляет от 0,25 до 0,45.
27. Судно по п.23, в котором соединение криволинейной части с прямолинейной, в основном горизонтальной частью маршрута укладки трубопровода, расположенной со стороны, противоположной направлению укладки, находится на расстоянии d от вертикальной плоскости посередине между концами корпуса судна, при этом отношение d к длине судна составляет менее 0,1.
28. Однокорпусное судно для укладки трубопровода, включающее, по меньшей мере, одно натяжное устройство, расположенное вдоль маршрута укладки трубопровода, в котором маршрут укладки трубопровода содержит горизонтальную прямолинейную часть со стороны, противоположной направлению укладки, и криволинейную часть, расположенную в направлении укладки от прямой части, и вдоль которой нарастает наклон вниз маршрута укладки трубопровода, при этом в пределах криволинейной части вдоль нее установлено, по меньшей мере, одно натяжное устройство.
29. Судно по п.28, которое включает в себя, по меньшей мере, один нажимной ролик, расположенный вдоль маршрута укладки трубопровода со стороны натяжных устройств, противоположной направлению укладки и в зоне криволинейной части маршрута укладки трубопровода.
30. Судно по п.28 или 29, в котором маршрут укладки трубопровода погружается в воду в точке, находящейся внутри корпуса судна относительно конца корпуса судна.
31. Способ укладки трубопровода с однокорпусного судна, в котором трубопровод сначала направляют вдоль в основном горизонтального маршрута укладки на высоте, по меньшей мере, 10 м над уровнем центра бортовой качки судна и затем направляют вдоль криволинейного маршрута укладки в воду, внутри судна.
32. Способ по п.31, в котором натяжение в трубопроводе увеличивается при его прохождении по криволинейному маршруту укладки.
33. Способ по п.31 или 32, в котором трубопровод погружают в воду под углом наклона к горизонтали более 20°.
34. Способ укладки трубопровода с однокорпусного судна, в котором однокорпусное судно выполняют по п.1.
35. Способ по п.34, в котором формируют составные секции трубы посредством сваривания отдельных отрезков труб на станциях предварительной сборки и приваривают указанные составные секции к трубопроводу на конце маршрута укладки трубопровода со стороны, противоположной направлению укладки.
36. Способ по п.35, в котором каждая составная секция трубы состоит из трех отдельных отрезков трубы.
