Установка для добычи текучей среды в водном пространстве и соответствующий способ монтажа - RU2487045C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к установке для добычи текучей среды в водном пространстве, содержащей:

- верхнюю плавучую конструкцию, частично находящуюся над поверхностью водного пространства,

- нижнюю конструкцию, полностью погруженную под поверхность водного пространства, при этом нижняя конструкция содержит основание, расположенное на расстоянии от дна водного пространства, и средства крепления основания на дне водного пространства;

- по меньшей мере, один трубопровод транспортировки текучей среды, предназначенный для соединения донного комплекса, находящегося на дне водного пространства, и надводного комплекса, расположенного на верхней конструкции;

при этом верхняя конструкция выполнена подвижной с возможностью перемещения между рабочим положением, в котором она установлена на нижней конструкции, и положением эвакуации, в котором она находится на расстоянии от нижней конструкции, при этом установка содержит средства удержания верхней конструкции в ее рабочем положении.

Такая установка предназначена, в частности, для транспортировки углеводородов, добываемых из дна водного пространства, до поверхности через водное пространство.

Как правило, этот тип установки содержит плавучую конструкцию, такую как платформа, частично расположенная над поверхностью водного пространства, и нижний килевой буй, закрепленный в дне водного пространства. Верхняя плавучая конструкция закреплена на буе реверсивно.

Кроме того, установка содержит множество восходящих гибких трубопроводов (обозначаемых английским термином “riser”), которые соединяют рабочий комплекс, находящийся на дне водного пространства, с верхней поверхностью плавучей конструкции через буй и платформу.

Такая установка предназначена, например, для разработки залежей углеводородов, находящихся в дне водного пространства, такого как озеро, море или океан, в условиях, при которых могут понадобиться остановка добычи и быстрое перемещение добывающей установки в безопасное место.

Эти условия возникают, в частности, в регионах, где водное пространство временно или постоянно покрыто слоем льда, например в полярных регионах.

В этих регионах слой льда, присутствующий на поверхности водного пространства, является относительно подвижным. Следовательно, он может частично повредить плавучую конструкцию, когда она закреплена на дне водного пространства.

Быстрое перемещение добывающей установки в безопасное место может понадобиться, когда атмосферные условия на поверхности водного пространства требуют быстрой эвакуации платформы.

Это может происходить в регионах, где могут возникать штормы и даже циклоны.

Для осуществления срочного разъединения сначала на расстоянии от плавучей верхней конструкции отсоединяют гибкие трубопроводы.

Затем отсоединяют средства удержания плавучей конструкции на нижней конструкции и плавучую конструкцию перемещают из ее рабочего положения в положение эвакуации в более спокойные воды.

Пример установки, содержащей отсоединяемую плавучую конструкцию, описан в документе US 7197999, зарегистрированном на имя заявителя. Эта установка является платформой типа плавучей колонны, обозначаемой английским сокращением “SPAR”.

Такая установка содержит гибкие тросы соединения нижней конструкции с верхней конструкцией, которые можно очень быстро и очень легко отсоединить для обеспечения эвакуации верхней конструкции.

Однако последующее соединение нижней конструкции с верхней конструкцией требует повторного соединения каждого троса с верхней конструкцией, что является очень трудоемким процессом.

Задачей настоящего изобретения является создание установки для добычи текучей среды, которую можно очень быстро перевести в защищенное положение путем отсоединения верхней плавучей конструкции от нижней конструкции, погруженной под поверхностью водного пространства, при этом установку можно просто и в кратчайшие сроки восстановить в ее рабочем положении.

Поставленная задача решена в установке вышеупомянутого типа, в которой, согласно изобретению, средства удержания содержат:

- по меньшей мере, одну жесткую штангу, удерживаемую верхней конструкцией, при этом жесткая штанга выполнена между верхним концом, находящимся над поверхностью водного пространства, и нижним концом, при этом штанга установлена подвижно с возможностью поступательного перемещения относительно верхней конструкции между нижним положением, в котором нижний конец вставлен в основание, и верхним положением, в котором он убран в верхнюю конструкцию,

- по меньшей мере, один упор штанги, выполненный на жесткой штанге вблизи нижнего конца;

- по меньшей мере, один ответный упор, неподвижно соединенный с основанием, при этом упор или каждый упор штанги и ответный упор или каждый ответный упор выполнены с возможностью поворота относительно друг друга между конфигурацией соединения, в которой воздействие жесткой штанги в направлении ее верхнего положения удерживает верхнюю конструкцию в ее рабочем положении на нижней конструкции, и конфигурацией отсоединения верхней конструкции от нижней конструкции.

Установка в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой(ых) технической(их) возможной(ых) комбинации(ях):

- упор или каждый упор штанги выступает радиально относительно периферической поверхности жесткой штанги, ограничивая, по меньшей мере, один осевой проход для введения ответного упора или каждого ответного упора, при этом ответный упор или каждый ответный упор ограничивает, по меньшей мере, один ответный проход для введения упора или каждого упора штанги во время осевого перемещения жесткой штанги между ее верхним положением и ее нижним положением;

- упор или каждый упор штанги расположен на наружной периферической поверхности жесткой штанги и радиально выступает на расстоянии от оси штанги, при это основание ограничивает проход для введения нижнего конца жесткой штанги, при этом ответный упор или каждый ответный упор радиально выступает в проход введения в направлении оси штанги, когда жесткая штанга заходит в проход введения;

- средства удержания содержат механизм приведения в поступательное движение жесткой штанги между ее верхним положением и ее нижним положением, при этом механизм приведения в поступательное движение установлен на верхней конструкции над поверхностью водного пространства;

- ответный упор или каждый ответный упор установлен неподвижно во вращении вокруг оси штанги относительно основания, при этом жесткая штанга установлена с возможностью вращения вокруг оси штанги для прохождения упора или каждого упора штанги из конфигурации соединения в конфигурацию отсоединения, когда жесткая штанга занимает свое нижнее положение,

при этом средства удержания содержат механизм приведения во вращение жесткой штанги вокруг оси штанги, при этом механизм приведения во вращение установлен на верхней конструкции и находится над поверхностью водного пространства;

- механизм приведения в поступательное движение жесткой штанги установлен на механизме приведения во вращение жесткой штанги и выполнен с возможностью перемещения вращением вокруг оси штанги совместно с жесткой штангой во время перехода упора или каждого упора из его конфигурации соединения в конфигурацию отсоединения;

- основание удерживается на расстоянии от дна водного пространства за счет своей собственной плавучести, при этом средства крепления содержат, по меньшей мере, один гибкий трос, соединяющий основание с дном водного пространства;

- верхняя конструкция имеет высоту, измеренную вдоль оси штанги, превышающую, по меньшей мере, в два раза максимальный поперечный размер верхней конструкции, измеренный перпендикулярно к оси штанги;

- верхняя конструкция ограничивает проход для введения штанги удержания, при этом верхний проход введения содержит по меньшей мере одну часть с внутренним поперечным сечением, соответствующим наружному поперечному сечению жесткой штанги, находящуюся под поверхностью водного пространства;

- трубопровод транспортировки содержит по меньшей мере одну верхнюю часть, гибкую по всей своей длине, выполненную с возможностью перемещения между нижней конфигурацией отсоединения от верхней конструкции и удержания на нижней конструкции и верхней конфигурацией соединения с верхней конструкцией, в которой его верхний конец соединен с верхней конструкцией.

Кроме того, объектом настоящего изобретения является способ добычи текучей среды в водном пространстве при помощи описанной выше установки, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- располагают верхнюю конструкцию установки напротив нижней конструкции;

- перемещают удерживающую штангу из ее верхнего положения в ее нижнее положение для захождения в нижнюю конструкцию;

- упор или каждый упор штанги поворачивают относительно ответного упора или каждого ответного упора, чтобы перевести упор или каждый упор штанги в конфигурацию соединения с ответным упором;

- прикладывают усилие к удерживающей штанге в направлении ее верхнего положения для прижатия верхней конструкции к нижней конструкции;

- протягивают трубопровод транспортировки текучей среды через верхнюю конструкцию и верхний конец трубопровода транспортировки текучей среды соединяют с верхней конструкцией.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать этап аварийного отсоединения, содержащий:

- отсоединение трубопровода транспортировки текучей среды и его перемещение на расстояние от верхней конструкции,

- поворот упора или каждого упора штанги относительно ответного упора или каждого ответного упора между конфигурацией соединения и конфигурацией отсоединения,

- перевод удерживающей штанги из ее нижнего положения в ее верхнее положение,

- перемещение верхней конструкции на расстояние от нижней конструкции в ее положение эвакуации.

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показана первая установка добычи текучей среды согласно изобретению, при этом верхняя плавучая конструкция закреплена на нижней конструкции, схематичный частичный вид в разрезе по центральной вертикальной плоскости;

на фиг.2 детально показан элемент, отмеченный позицией II на фиг.1;

на фиг.3 представлен вид в разрезе по поперечной плоскости III фиг.2;

на фиг.4 представлен вид, аналогичный фиг.3, во время отсоединения упоров штанги от ответных упоров установки, показанной на фиг.2;

на фиг.5 детально показан элемент, отмеченный на фиг.1 позицией V, и средства приведения в поступательное движение и во вращение удерживающей штанги установки, изображенной на фиг.1;

на фиг.6 показан вид сверху в направлении стрелки VI фиг.5;

на фиг.7 показан вид, аналогичный фиг.1, при этом верхняя конструкция отсоединена от нижней конструкции;

на фиг.8 показан вид, аналогичный фиг.1, второй установки для добычи текучей среды в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.9 показан вид, аналогичный фиг.7, второй установки для добычи текучей среды в соответствии с настоящим изобретением.

В дальнейшем тексте описания термины «вход» и «выход» следует рассматривать по отношению к направлению нормальной циркуляции текучей среды в трубопроводе.

Первая установка 10 добычи текучей среды в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг.1-6.

Эта установка 10 предназначена для направления текучей среды, добываемой в дне 12 водного пространства 14, от донного комплекса (не показан), добывающего текучую среду, до поверхности 16 водного пространства 14.

Текучая среда представляет собой, например, жидкие и/или газообразные углеводороды, добываемые из скважин, пробуренных в дне 12.

Водное пространство 14 является, например, озером, морем или океаном. Оно расположено над дном 12 и имеет глубину, измеренную между поверхностью 16 и дном 12 напротив установки 10, превышающую 300 м и составляющую, например, от 300 м до 3000 м.

Установка 10 содержит верхнюю плавучую конструкцию 20, нижнюю погруженную конструкцию 22, при этом верхняя конструкция 20 выполнена подвижной относительно погруженной конструкции 22 с возможностью перемещения между рабочим положением, показанным на фиг.1, и положением эвакуации, показанным на фиг.7.

Кроме того, установка 10 содержит, по меньшей мере, один гибкий трубопровод 24 транспортировки текучей среды, предназначенный для прокладки между донным комплексом на дне 12 водного пространства 14 и надводным комплексом через нижнюю конструкцию 22 и верхнюю конструкцию 20.

Установка 10 содержит также средства 26 удержания верхней конструкции 20 в рабочем положении на нижней конструкции 22, причем эти средства 26 выполнены с возможностью реверсивного отсоединения.

В примере, показанном на фиг.1, верхняя конструкция 20 и нижняя конструкция 22 образуют две части плавучей платформы типа «восходящей колонны», частично погруженной в водное пространство 14, обычно называемой английским сокращением “SPAR”.

Таким образом, данная установка 10 содержит верхнюю конструкцию 20, расположенную вертикально, имеющую высоту, измеренную вдоль вертикальной оси А-А', превышающую максимальный поперечный размер конструкции 20, измеренный перпендикулярно к оси А-А'. Предпочтительно высота конструкции 20, по меньшей мере, в два раза превышает максимальный поперечный размер верхней конструкции 20.

Как показано на фиг.1, верхняя конструкция 20 содержит корпус 30, частично погруженный в водное пространство, надводный комплекс 32, установленный на корпусе 30 над поверхностью 16 водного пространства 14, и верхние отсоединяющиеся средства 34 крепления корпуса 30 на дне 12 водного пространства 14.

В этом примере корпус 30 имеет по существу цилиндрическую удлиненную форму с вертикальной осью А-А' и имеет по существу постоянное поперечное сечение.

В варианте (не показан) корпус 30 содержит промежуточное сужение диаметра, меньшее среднего диаметра корпуса 30 и находящееся на уровне поверхности 16 водного пространства 14.

Корпус 30 проходит между верхней поверхностью 36, расположенной над поверхностью 16 водного пространства, и нижней поверхностью 38, расположенной под поверхностью 16 водного пространства напротив нижней конструкции 22 в рабочем положении.

Высота корпуса 30, измеренная между верхней поверхностью 36 и нижней поверхностью 38, превышает 100 м и составляет, например, от 100 м до 250 м.

Кроме того, на своей нижней поверхности 38 корпус 30 содержит подошвы 49 для установки на нижнюю конструкцию 22, предназначенные для вхождения в контакт с нижней конструкцией 22.

Корпус 30 образует множество верхних блоков 40 плавучести, выполненных с возможностью селективного заполнения жидкостью или газом для изменения общей плавучести верхней конструкции 20 и зон хранения текучей среды, добываемой в дне 12.

Таким образом, верхняя конструкция 20 содержит средства (не показаны) селективного нагнетания газа или жидкости в каждый блок 40 для изменения его содержимого.

Кроме того, изнутри корпус 30 ограничивает по меньшей мере один верхний осевой проход 42 для введения средств 26 удержания и по меньшей мере один верхний осевой проход 44 для прокладки гибкого трубопровода или каждого гибкого трубопровода 24, отдельный от осевого прохода 42.

Осевой проход 42 введения выходит вверх на поверхность 36 и вниз на нижнюю поверхность 38. Он содержит верхнюю часть 46 по существу постоянного сечения и нижнюю часть 48, расширяющуюся вниз напротив нижней конструкции 22.

В примере, показанном на фиг.1, осевой проход 42 введения средств 26 удержания проходит по существу в центре конструкции 22 вдоль оси А-А'.

Каждый верхний осевой проход 44 прокладки выходит вверх на верхнюю поверхность 36 и вниз на нижнюю поверхность 38.

Надводный комплекс 32 расположен над верхней поверхностью 38 и над поверхностью 16 водного пространства. Он содержит пост 50 соединения гибкого трубопровода или каждого гибкого трубопровода 24.

Пост 50 содержит по меньшей мере один коллектор 52, связанный с каждым трубопроводом 24 транспортировки, и погрузочно-разгрузочные средства (не показаны), выполненные с возможностью протягивания трубопровода 24 транспортировки через осевой проход 44 до коллектора 52.

Верхние средства 34 крепления содержат гибкие тросы 54 крепления, реверсивно развертываемые от корпуса 30 для крепления в дне 12 водного пространства 14.

Крепежные тросы 54 натягивают между точкой, неподвижно соединенной с корпусом 30, и точкой, закрепленной в дне 12 водного пространства 14.

Нижняя конструкция 22 полностью погружена в водное пространство 14. Она содержит основание 60, плавающее в водном пространстве 14 на расстоянии от дна, и нижние средства 62 крепления основания 60 на дне 12 водного пространства.

Основание 60 тоже имеет цилиндрическую форму с вертикальной осью А-А'. Оно имеет поперечное сечение, по существу идентичное среднему поперечному сечению корпуса 30.

Основание 60 имеет максимальное горизонтальное сечение, превышающее максимальное горизонтальное сечение нижних средств 62 крепления.

Основание 60 проходит между по существу горизонтальной опорной поверхностью верхней конструкции 20 и нижней поверхностью 66, находящейся на расстоянии от дна 12 водного пространства.

Высота основания 60, измеренная между поверхностями 64, 66, по меньшей мере, в два раза меньше высоты корпуса 30, измеренной между поверхностями 36, 38. Кроме того, она меньше максимального поперечного размера основания 60.

Основание 60 содержит по меньшей мере один нижний блок 68 плавучести, предназначенный для по меньшей мере частичного заполнения газом.

Основание 60 ограничивает, по меньшей мере, один нижний проход 70 для введения средств 26 крепления и, для каждого верхнего прохода 44 прокладки, по меньшей мере, один нижний проход 72 прокладки и удержания гибкого трубопровода 24.

Блоки 68, по меньшей мере, частично заполняют газом для обеспечения плавучести основания 60. Таким образом, основание 60 удерживается на расстоянии от дна 12 водного пространства под действием собственной плавучести в водном пространстве 14, когда его отсоединяют от верхней конструкции 20.

Расстояние, отделяющее нижнюю поверхность 66 от дна 12, например, превышает 50 м. Точно так же, расстояние, которое отделяет поверхность 16 водного пространства 12 от верхней поверхности 64, превышает 100 м.

Нижний проход 70 введения выходит вверх на верхнюю поверхность 64 напротив нижней части 48 верхнего осевого прохода 42 введения, когда верхнюю конструкцию 20 располагают в ее рабочее положение контакта с нижней конструкцией 22.

Верхняя часть нижнего прохода 70 расширяется вверх.

Точно так же, каждый нижний проход 72 прокладки трубопровода 24 транспортировки текучей среды выходит вверх на верхнюю поверхность 64 и выходит вниз.

Средства 62 крепления содержат множество крепежных тросов 74, закрепленных в первой точке на основании 60 и закрепленных во второй точке на дне 12 водного пространства. Крепежные тросы 74 противостоят силе выталкивания вверх основания 60, связанной с его плавучестью, для неподвижного стопорения основания 60 в вертикальном направлении.

Кроме того, тросы 74 удерживают основание в по существу постоянном горизонтальном положении относительно дна 12 водного пространства.

Как было указано выше, верхняя конструкция 20 выполнена с возможностью перемещения относительно нижней конструкции 22 между рабочим положением, в котором ее нижняя поверхность 38 прижата к верхней поверхности 64 нижней конструкции 22, и положением эвакуации, в котором верхняя поверхность 64 и нижняя поверхность 38 удалены друг от друга и смещены в горизонтальном направлении.

В рабочем положении, показанном на фиг.1 и 2, подошвы 49, выполненные на нижней поверхности 38, прижаты к верхней поверхности 34 нижней конструкции 22 и удерживаются средствами 26 удержания. В этом положении верхний осевой проход 42 выходит напротив нижнего осевого прохода 70, и каждый осевой проход 44 выходит напротив нижнего осевого прохода 72.

В положении эвакуации, показанном на фиг.7, верхняя конструкция 20 перемещена в горизонтальном положении относительно нижней конструкции 22.

Пространство над верхней поверхностью 64 в водном пространстве 14 оказывается свободным так же, как и пространство, расположенное в водном пространстве 14 под нижней поверхностью 38.

Каждый трубопровод 24 транспортировки текучей среды проходит между нижним концом, соединенным с донным комплексом (не показан), и верхним концом 80, предназначенным для соединения с коллектором 52 поста 50 загрузки. Изнутри он ограничивает сплошной проход 82 для циркуляции текучей среды.

Каждый гибкий трубопровод 24 выполнен с возможностью перемещения между нижней нерабочей конфигурацией, показанной на фиг.1 слева, и верхней конфигурацией транспортировки текучей среды, показанной на фиг.1 справа.

В нерабочей конфигурации покоя верхний конец 80 трубопровода 24 удерживается в нижнем осевом проходе 72 нижней конструкции 22, и трубопровод 24 отсоединен от верхней конструкции 20. Он принимает форму подвесной линии или волны.

В верхней конфигурации транспортировки текучей среды трубопровод 24 транспортировки поднимают через нижний проход 72 прокладки и через верхний проход 44 прокладки до коллектора 50 на надводном комплексе 32, с которым соединяют конец 80.

Согласно изобретению, средства 26 удержания содержат жесткую штангу 90 удержания, проходящую через верхнюю конструкцию 20, упоры 92 штанги, установленные на жесткой штанге 90, и ответные упоры 94, предназначенные для соединения с упорами 92 штанги, при этом ответные упоры выполнены на нижней конструкции 22.

Кроме того, средства 26 удержания содержат средства 96 перемещения жесткой штанги 90 поступательным движением вдоль вертикальной оси А-А' штанги и вращением вокруг вертикальной оси А-А', причем эти средства 96 перемещения установлены на верхней конструкции 20 над поверхностью 16 водного пространства 14.

Жесткая штанга 90 проходит между верхним концом 100, который должен выступать над верхней поверхностью 36 корпуса 30, и нижним концом 102, который должен заходить в нижнюю конструкцию 22.

Снизу вверх между своим верхним концом 100 и своим нижним концом 102 жесткая штанга 90 содержит полый фланец 104 соединения со средствами 96 перемещения (показаны на фиг.5), жесткую трубу 106, проходящую последовательно через средства 96 перемещения, верхний осевой проход 42 введения до нижней поверхности 38. Кроме того, штанга 90 содержит головку 108 соединения с нижней конструкцией 22, которая выступает из нижней поверхности 38 и содержит упоры 92 штанги.

Как показано на фиг.5, фланец 104 состоит из двух горизонтальных параллельных дисков 110А, 110В, ограничивающих между собой кольцевую полость 112.

Диски 110А, 110В неподвижно соединены с трубой 106 для совместного перемещения вращением вместе с этой трубой 106.

В примере, показанном на фигурах, труба 106 является полой. Она имеет длину, превышающую длину корпуса 30, измеренную между верхней поверхностью 36 и нижней поверхностью 38.

Труба 106 является жесткой и имеет минимальный радиус кривизны, превышающий, по меньшей мере, 50% высоты корпуса 30. Она имеет наружное поперечное сечение, сопрягающееся с внутренним сечением осевого прохода 42 прокладки, по меньшей мере, в погруженной части верхней конструкции 20 вдоль верхней части 46.

Соединительная головка 108 содержит по существу цилиндрическую наружную периферическую поверхность 114 крепления упоров 92 и нижнюю поверхность 116, сходящуюся вниз.

Наружная периферическая поверхность 114 имеет наружный диаметр, по существу равный внутреннему диаметру прохода 70 за вычетом двойной толщины упора 92 штанги.

Как показано на фиг.4, упоры 92 штанги выступают в радиальном направлении от наружной периферической поверхности 114 на расстоянии от оси А-А'.

Упоры 92 штанги имеют наружное поперечное сечение, по существу сопряженное с внутренним поперечным сечением внутреннего прохода 70 введения.

Каждый упор 92 штанги размещен в угловом направлении вокруг оси А-А' в угловом секторе, меньшем 180°. Упоры 92 штанги отстоят друг от друга в угловом направлении и ограничивают между собой осевые проходы 118 введения ответных упоров 94, выходящие вверх и вниз.

В примере, показанном на фиг.4, число упоров 92 равно 2. Кроме того, каждый упор 92 штанги проходит в угловом секторе, меньшем 70°, вокруг оси А-А'. Таким образом, остается угловой промежуток примерно 20° между каждым упором 92 штанги и каждым ответным упором 94 во время спуска жесткой штанги 90 вдоль оси А-А' через нижний проход 70.

Каждый упор 92 штанги содержит верхнюю поверхность 120 опоры на ответный упор 94. Эта опорная поверхность 120 по существу является горизонтальной.

Каждый упор 92 штанги неподвижно соединен с наружной периферической поверхностью 114 для обеспечения возможности совместного перемещения вместе с жесткой штангой 90 поступательным движением вдоль оси А-А' и вращением вокруг оси А-А'.

Ответные упоры 94 выступают от основания 60 в нижний проход 70 в направлении оси А-А'. Они имеют толщину, по существу равную расстоянию, разделяющему внутреннюю поверхность 122, ограничивающую проход 70, и периферическую поверхность 114, когда головку 108 вводят в проход 70. Они неподвижно закреплены на поверхности 122.

Таким образом, во время вращения жесткой штанги 90 относительно нижней конструкции 22 ответные упоры 94 остаются неподвижными относительно упоров 92 штанги.

Каждый ответный упор 94 проходит в угловом секторе вокруг оси А-А', меньшем 70°.

Таким образом, упоры 94 ограничивают между собой ответные осевые проходы 124 для захождения упоров 92 штанги, выходящие вверх и вниз.

Кроме того, каждый ответный упор 94 ограничивает по существу плоскую нижнюю поверхность 126, предназначенную для взаимодействия с верхней поверхностью 120 соответствующего упора 92 штанги.

Таким образом, после введения упоров 92 штанги через ответные проходы 124 введения и их расположения вертикально под ответными упорами 94 упоры 92 штанги могут перемещаться вращением относительно ответных упоров 94 между конфигурацией соединения и удержания в положении верхней конструкции 20 на нижней конструкции 22 и конфигурацией отсоединения и высвобождения верхней конструкции 20 относительно нижней конструкции 22.

В конфигурации соединения и удержания в положении, показанной на фиг.3, упоры 92 штанги находятся под ответными упорами 94 в угловом направлении и напротив них относительно оси А-А'.

Верхние поверхности 120 упоров 92 входят в контакт с нижними поверхностями 126 ответных упоров 94, поэтому вытягивание жесткой штанги 90 вверх обеспечивает передачу усилия, направленного вверх, между жесткой штангой 90 и нижней конструкцией 22 для прижатия этой нижней конструкции 22 к верхней конструкции 20.

В конфигурации отсоединения упоры 92 штанги смещены в угловом направлении относительно ответных упоров 94 и оказываются напротив ответного осевого прохода 124. В этой конфигурации верхние поверхности 120 в угловом направлении находятся на расстоянии от нижних поверхностей 126.

В этой конфигурации вытягивание вверх жесткой штанги 90 позволяет свободно переместить штангу 90 относительно нижней конструкции 22 без приложения существенного усилия в направлении вверх к нижней поверхности 22, которое может удерживать нижнюю конструкцию 22 прижатой к верхней конструкции 20.

Как показано на фиг.5, средства 96 перемещения содержат кольцевую опору 140, механизм 142 приведения во вращение жесткой штанги 90 вокруг оси А-А' и механизм 144 приведения в поступательное движение жесткой штанги 90 вдоль оси А-А'.

В этом примере механизм 144 приведения в поступательное движение установлен на механизме 142 приведения во вращение с возможностью совместного вращения со штангой 90.

Опора 140 опирается на верхнюю поверхность 36 вокруг верхнего отверстия осевого прохода 42 введения. Опора 140 содержит по существу плоскую верхнюю кольцевую поверхность 146, на которой установлен кольцевой антифрикционный вкладыш 148.

Кольцевой вкладыш 148 выполнен из материала с низким коэффициентом трения, например, такого как тефлон.

Механизм 142 приведения во вращение содержит вращающуюся кольцевую втулку 150 и устройство 152 приведения во вращение вращающейся втулки 150.

Кроме того, механизм 142 содержит несколько вертикальных стержней 154 приведения во вращение фланца 104, которые выступают из вращающейся втулки 150.

Вращающаяся втулка 150 содержит верхний зубчатый диск 156, который содержит наружные периферические зубья 158, выступающие радиально на расстоянии от оси А-А' вокруг оси А-А'.

Кроме того, верхний диск 156 содержит верхнюю горизонтальную поверхность 160 опоры механизма 144 приведения в поступательное движение.

Втулка 150 установлена в положении опоры на антифрикционный вкладыш 148 и может вращаться за счет скольжения на вкладыше 148 вокруг оси А-А'.

Устройство 142 приведения во вращение содержит гидравлический привод 162 и вертикальную приводную шестерню 164 вращения вращающейся втулки 150. Шестерня 164 приводится во вращение приводом 162.

Вращающаяся шестерня 164 зацепляется своей периферией с зубьями 158. Активация гидравлического привода 162 позволяет привести во вращение шестерню 164 вокруг оси, параллельной оси А-А', и за счет зубчатой передачи - кольцевую втулку 150 вокруг оси А-А'.

Как показано на фиг.6, стержни 154 распределены в угловом направлении вокруг втулки 150. Они выступают вверх параллельно оси А-А' через верхнюю поверхность 160.

Каждый стержень 154 пропускают через соответствующие отверстия, выполненные в дисках 110А, 110В фланца 104. Таким образом, вращение втулки 150 приводит к одновременному вращению стержней 154, вращению фланца 104 вокруг оси А-А' и, следовательно, узла жесткой штанги 90 вокруг оси А-А'.

Механизм 144 приведения в поступательное движение содержит несколько узлов винт-гайка 170, 172, каждый из которых содержит неподвижный винт 170 и гидравлическую гайку 172.

В этом примере механизм 144 приведения в поступательное движение содержит три узла винт-гайка 170, 172, распределенных в угловом направлении вокруг оси А-А', как показано на фиг.6.

Винт 170 каждого узла 170, 172 закреплен на верхней поверхности 160 диска 158. Он проходит вдоль вертикальной оси, параллельной оси А-А', через соответствующие отверстия, выполненные в верхнем диске 110А и в нижнем диске 110 В фланца 104.

Гидравлическая гайка 172 расположена в полости 112 между дисками 110А, 110В в положении опоры под верхним диском 110А.

Гайку 172 завинчивают на винте 170. Она оборудована автономными средствами приведения во вращение вокруг оси винта 170. Таким образом, гидравлическая гайка 172 может перемещаться при завинчивании или отвинчивании на винте 170 между нижним положением и верхним положением.

Во время перемещения гайки 172 вверх гайка 172 опирается снизу на диск 110А и толкает вверх вдоль оси А-А' диск 110А, фланец 104, трубу 106 и, в целом, всю жесткую штангу 90.

Если же гайка 172 опускается вокруг винта 170, диск 110А, фланец 104, труба 106 и, в целом, вся жесткая штанга 90 опускаются, в частности, под действием веса жесткой штанги 90.

Таким образом, жесткая штанга 90 может перемещаться поступательным движением вдоль оси А-А' под действием приводного механизма 144 между верхним положением отсоединения конструкции 22, показанным на фиг.7, и нижним положением соединения конструкции 22, показанным на фиг.1 и 2.

В верхнем положении длина жесткой штанги 90, выступающая над верхней поверхностью 36, является максимальной, и длина нижней головки 108, выступающая под поверхностью 38, является минимальной.

В нижнем положении длина жесткой штанги 90, выступающая над верхней поверхностью 36, является минимальной, и длина нижней головки 108, выступающая вниз на расстоянии от поверхности 38, является максимальной.

Кроме того, в этом нижнем положении, когда нижняя головка 108 и упоры 92 зашли под ответные упоры 94, проходя между ответными упорами 94 в ответные проходы 124 введения, жесткая штанга 90 может поворачиваться вокруг оси А-А' при помощи механизма 142 между описанными выше конфигурацией отсоединения упоров 92 штанги и конфигурацией соединения упоров 92 штанги.

Далее следует описание монтажа и работы первой установки 10 согласно изобретению.

Сначала нижнюю конструкцию 22 опускают в водное пространство 14 и основание 60 крепят на расстоянии от дна 12 водного пространства 14 при помощи нижних средств 62 крепления. Через нижние проходы 72 прокладки протягивают гибкие трубопроводы 24.

В этой конфигурации основание 60 удерживается в вертикальном положении за счет своей плавучести. Его нижняя поверхность 66 находится на расстоянии от дна водного пространства 14.

Затем верхнюю конструкцию 20 располагают напротив нижней конструкции 22, перемещая на плаву на поверхности 16 водного пространства 14, при этом она частично погружена в воду. Во время этого перемещения верхняя поверхность 36 остается над поверхностью 16 водного пространства 14.

После этого нижнюю поверхность 38 корпуса 30 располагают вертикально напротив и над верхней поверхностью 64 основания 60. При этом плавучесть верхней конструкции 20 уменьшают, чтобы постепенно опустить нижнюю поверхность 38 до контакта с верхней поверхностью 38 через подошвы 49.

Во время этого перемещения верхние проходы 46 прокладки располагают в угловом направлении и в осевом направлении напротив нижних проходов 72 прокладки. Точно так же, нижний проход или каждый нижний проход 70 введения располагают напротив верхнего прохода 42 введения.

При этом жесткая штанга 90 занимает свое верхнее положение.

Угловое положение упоров 92 штанги регулируют вокруг оси А-А' таким образом, чтобы эти упоры 92 оказались в угловом направлении напротив ответных проходов 124 введения, находящихся между ответными упорами 94.

Это угловое перемещение осуществляют путем активации гидравлического привода 162, вращения приводной шестерни 164 и втулки 150 для приведения во вращение стержней 154 и фланца 104.

После этого активируют механизм 144 приведения в поступательное движение, чтобы опустить жесткую штангу 90 из ее верхнего положения в ее нижнее положение.

Гидравлическая гайка 172 опускается вдоль винта 170 и под действием собственного веса жесткая штанга 90 тоже опускается вдоль оси А-А', направляемая в осевом проходе 42.

При этом нижняя головка 108 заходит в нижний проход 70 введения, и упоры 92 штанги опускаются под ответные упоры 94, проходя между ответными упорами 94 через ответные проходы 124.

Во время этого прохождения ответные упоры 94 проходят между упорами 92 штанги в проходах 118 введения.

Когда верхние поверхности 120 упоров 92 штанги оказываются под нижними поверхностями 126 ответных упоров 94, поступательное движение вниз штанги 90 вдоль оси А-А' останавливают.

При этом упоры 92 штанги и ответные упоры 94 занимают описанную выше конфигурацию отсоединения, показанную на фиг.4.

Для стопорения верхней конструкции 20 на нижней конструкции 22 активируют механизм 142 приведения во вращение жесткой штанги 90, как было описано выше, для поворота жесткой штанги 90 на угол, превышающий 90°, и для перехода упоров 92 штанги из их конфигурации отсоединения в их конфигурацию соединения, показанную на фиг.3.

Во время этого перехода верхние поверхности 120 упоров 92 располагаются в угловом направлении напротив нижних поверхностей 126 ответных упоров 94.

Затем штангу 90 поднимают вверх при помощи механизма 144 приведения в поступательное движение. Это позволяет плотно прижать верхнюю поверхность 64 конструкции 22 к нижней поверхности 38 корпуса 30 и надежно удерживать верхнюю конструкцию 20 относительно нижней конструкции 22 за счет взаимодействия между верхней поверхностью 120 каждого упора 92 штанги и нижней поверхностью 126 находящегося напротив ответного упора 96.

Затем для стопорения верхней конструкции 20 устанавливают на место верхние средства 34 крепления.

Затем трубопроводы 24 транспортировки текучей среды поднимают до верхнего поста 50 на поверхность через проходы 72 и соединяют с коллектором 52.

Отбираемую из донного комплекса текучую среду направляют через проход 82 циркуляции каждого трубопровода 24 транспортировки от донного комплекса до коллектора 52.

В аварийном случае трубопроводы 24 транспортировки отсоединяют от коллекторов 52 и опять быстро опускают до нижней конструкции 22 через верхние осевые проходы 44.

Затем жесткую штангу 90 опускают для отвода каждой верхней поверхности 120 от каждой нижней поверхности 126. После этого жесткую штангу 90 поворачивают при помощи механизма 142 приведения во вращение для перевода упоров 92 штанги из их конфигурации соединения в их конфигурацию отсоединения. Затем активируют механизм 144 приведения в поступательное движение жесткой штанги 90, чтобы поднять штангу 90 до ее верхнего положения.

Тросы 54 крепления верхней конструкции 20 отсоединяют и верхнюю конструкцию 20 поднимают относительно нижней конструкции 22 для ее быстрой эвакуации в положение эвакуации, например, при помощи буксира 180, соединенного с верхней конструкцией при помощи троса 182.

Таким образом, средства 26 удержания установки 10 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают прочное и надежное стопорение на нижней конструкции 22, которая постоянно остается под поверхностью 16 водного пространства 14, верхней конструкции 20, плавающей на поверхности 16, будучи частично погруженной в водное пространство 14.

Это простое и надежное крепление получают за счет наличия жесткой штанги 90, проходящей через верхнюю конструкцию 20.

Кроме того, отсоединение верхней конструкции 20 от нижней конструкции 22 облегчено за счет наличия механизма 142 приведения во вращение и механизма 144 приведения в поступательное движение жесткой штанги 90, которые находятся на поверхности и не подвергаются загрязнению.

Следовательно, обслуживание такой установки упрощается, в частности, что касается ее средств 26 удержания.

В варианте механизм 144 приведения в поступательное движение не перемещается вращением вокруг оси А-А'.

В другом варианте механизм 144 приведения в поступательное движение содержит винт 170, выполненный с возможностью вращения вокруг оси А-А' относительно фланца 104, а гайка 172 остается неподвижной относительно этого фланца 104.

В варианте в верхнем осевом проходе 42 устанавливают, по меньшей мере, один центровочный диск (не показан), ограничивающий перекос жесткой штанги 90 во время ее перехода из верхнего положения в нижнее положение.

На фиг.8 и 9 показана вторая установки добычи текучей среды в соответствии с настоящим изобретением. В отличие от первой установки 10 основание 60 нижней конструкции 22 содержит часть 182 основания по существу цилиндрической формы и верхнюю часть 184, выступающую от части основания в сторону верхней конструкции 20. Верхняя выступающая часть 184 имеет форму усеченного конуса. Ее верхняя поверхность 64 содержит, таким образом, по существу горизонтальную верхнюю зону 186 с вертикальной осью А-А' и боковую зону 188 усеченной конусной формы.

Проходы 72 выполнены в части 182 основания и в выступающей части 184. Они выходят в боковую зону 188. Нижний проход 70 введения выходит в верхнюю зону 186. Проход 70 является глухим.

Максимальная ширина верхней выступающей части 184, по меньшей мере, в 0,5 раза превышает ширину основания 60.

Верхняя конструкция 20 содержит также верхнюю часть 190 и полую нижнюю часть 192. Нижняя часть 192 ограничивает нижнее приемное гнездо 194, имеющее форму, соответствующую выступающей части 184. Гнездо 194 открыто вниз. Оно ограничено нижней поверхностью 38 тоже усеченной конусной формы.

В гнездо 194 выходит центральный проход 42 так, чтобы жесткая штанга 90 средств удержания частично выступала в это гнездо 194, но не выходила за пределы гнезда 194.

Осевые проходы 44 тоже выходят в гнездо 194.

В рабочем положении, показанном на фиг.8, выступающую часть 184 за счет взаимодействия форм вставляют в гнездо 194. Таким образом, верхняя поверхность 64 нижней конструкции 22 взаимодействует в радиальном направлении вокруг оси А-А' с нижней поверхностью 38, воспринимая радиальные напряжения, которые могут действовать на верхнюю конструкцию 20 или на нижнюю конструкцию 22.

Таким образом, на штангу 90 не действуют радиальные напряжения, что по существу сводит к нулю риск срезания этой штанги 90.

Когда верхнюю конструкцию необходимо отсоединить, верхняя выступающая часть 184 выходит из гнезда 194, как показано на фиг.9, при перемещении верхней конструкции 20 вверх за счет увеличения ее плавучести. Верхнюю конструкцию 20 можно после этого эвакуировать, как было указано выше.

Реферат

Изобретение относится к области судостроения, в частности к установкам для добычи текучей среды в водном пространстве. Установка для добычи текучей среды (10) содержит верхнюю плавучую конструкцию (20) и полностью погруженную нижнюю конструкцию (22). Верхняя конструкция (20) выполнена с возможностью перемещения между рабочим положением и положением эвакуации. Установка (10) содержит средства (26) удержания верхней конструкции (20) в ее рабочем положении, которые содержат, по меньшей мере, одну жесткую штангу (90), установленную на верхней конструкции (20), по меньшей мере, один упор (92) штанги, выполненный на жесткой штанге (90) вблизи нижнего конца, и, по меньшей мере, один ответный упор (94), неподвижно соединенный с основанием (60) нижней конструкции (22). Каждый упор (92) штанги и каждый ответный упор (94) выполнены с возможностью поворота относительно друг друга между конфигурацией соединения, в которой воздействие штанги (90) в направлении своего верхнего положения удерживает верхнюю конструкцию (20) в ее рабочем положении на нижней конструкции (22), и конфигурацией отсоединения верхней конструкции (20) от нижней конструкции (22). Технический результат заключается в снижении трудоемкости демонтажа и восстановления рабочего положения установки для добычи текучей среды в водном пространстве, в повышении безопасности ее эксплуатации. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула