转塔系泊浮标系统
阅读说明：本技术 转塔系泊浮标系统 (Turret mooring buoy system ) 是由 雷诺·达兰 泽维尔·舒特 克里斯蒂安·雷蒙德·鲍都恩 于 2018-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于将一个或更多立管和锚线可释放地连接至浮动结构的转塔的系泊浮标系统,其中浮标包括：浮标主体,用于承载一个或更多立管,立管延伸到海底碳氢化合物井；多个锚线连接器,用于将多个锚线连接至浮标主体,使得每个锚线的一端连接至连接器中的一个,相对端连接至海底；重新连接缆线,其特征在于,重新连接缆线延伸穿过与浮标主体的中心线重合的通道,并且在一端通过锚线连接区段在浮标主体下方相距锚线连接器一定距离处可连接至锚线中的每个,并且在另一端包括位于锚线连接器可连接的浮标主体的相对侧的挡块和绞盘缆线连接布置。本发明还涉及一种向上拉动一个或更多立管和多个锚线以将立管(3)和锚线(4)可释放地附接至船舶的船体(200)的转塔(150)中的方法。本发明还涉及一种用于构造系泊浮标的方法。(The present invention relates to a mooring buoy system for releasably connecting one or more risers and anchor lines to a turret of a floating structure, wherein the buoy comprises: a buoy body for carrying one or more risers extending to a subsea hydrocarbon well; a plurality of anchor line connectors for connecting a plurality of anchor lines to the buoy body such that one end of each anchor line is connected to one of the connectors and the opposite end is connected to the sea floor; a reconnect cable, characterized in that the reconnect cable extends through a passage coinciding with the centre line of the buoy body and is connectable at one end to each of the anchor lines by an anchor line connection section at a distance below the buoy body from the anchor line connector, and comprises at the other end a stop and winch cable connection arrangement at the opposite side of the buoy body to which the anchor line connector is connectable. The invention also relates to a method in a turret (150) for pulling one or more risers and a plurality of anchor lines upwards for releasably attaching a riser (3) and an anchor line (4) to a hull (200) of a vessel. The invention also relates to a method for constructing a mooring buoy.)
技术领域
本发明涉及一种系泊浮标系统以及一种用于将系泊线连接至浮动结构的方法，系泊浮标系统用于将一个或多个立管和系泊线可释放地连接至浮动结构，诸如船舶，具体为具有内部或外部转塔系泊系统的海上船舶。
背景技术
重新连接布置通常包括连接至浮标的重新连接绞盘缆线。为了将浮标重新连接至海上船舶的转塔，绞盘拉入绞盘缆线，以将浮标带动到船舶，直到其处于最终锁定位置。在这种布置中，绞盘缆线设计为承受与在浮标拉入期间预期的平均载荷相对应的平均载荷，该平均载荷是连接的吃水和断开连接的吃水之间的悬挂重量的增量。悬挂重量是从浮力主体悬垂的一个或更多个立管和锚线的组合重量。除主载荷外，绞盘还承受与由船舶和浮标的相对运动引起的惯性力相对应的动载荷。取决于最大的重新连接海况，动载荷可在绞盘上产生抓取载荷和非常高的峰值载荷。为了减小这些载荷，可引入升沉补偿器系统以减小峰值载荷，并且从而减小所需的绞盘容量。这种工具的缺点是这种布置的复杂性以及转塔歧管上所需的空间/体积。
EP 2492183 A1公开了一种可断开连接的系泊系统。已知的系统包括设有圆锥形外壳的浮标和位于船舶的转塔结构的下端上的用于可拆卸地接纳浮标构件的相应圆锥形浮标接纳器。系泊系统进一步包括用于传递系泊力的多个系泊线，每个系泊线的下端和上端分别连接至海床和浮标构件。在该公开中，示出了每个系泊线均包括第一区段和第二区段，第二区段在联接点处连接至第一区段，并且连接至浮标构件。选择第二区段在所述联接点及其与浮标构件的连接之间的长度，使得当浮标构件接纳于浮标接纳器中且第一区段连接至转塔结构并且处于传递系泊力的状态时，所述第二区段处于不受所述系泊力加载的松弛状态。这种配置消除了在系泊船舶时由于船舶和浮标的相对运动而产生的动载荷，但是，它并没有消除在(断开)连接操作期间使用大容量绞盘和/或升沉补偿系统的需要。
EP 2303680 A2公开了替代的可断开连接的系泊浮标系统。此系统包括：升起装置，放置在船体上并具有线缆，线缆穿过空腔延伸到位于船舶底部下方的重物；系泊浮标，附接至线缆，系泊浮标承载有连接至海床并且可接纳于空腔中以与船舶联接的系泊线，该系泊浮标包括线缆穿过的中心轴，该浮标可在线缆的长度方向上相对于线缆移动，浮标的重量位于浮标处或浮标下方的线缆上；挡块，设置在线缆上，并用于与浮标接合，并阻止浮标和线缆的相对运动，挡块固定到浮标上端或下端附近的线缆。
在与船舶断开连接后，添加到浮标的重物将使浮标沉入水面以下特定的预定深度。经由拖曳从线缆悬挂的重物来执行将浮标朝向船舶升起，同时允许浮标通过其自身的浮力朝向用于连接的空腔上升。通过仅升起从浮标悬挂的重物而不在浮标上施加直接拉力，一旦经由连接至船舶上的绞盘的线缆的拖曳，重物从浮标升起，浮标便会因自身的浮力而上升至水面。
此系统的缺点是，由于添加到浮标的重物，在断开连接状态下将需要更大的浮标以提供所需的浮力。
本发明的目的是提供一种系泊浮标系统，其中动载荷对连接过程的影响被消除或至少最小化，从而减小了所需的绞盘尺寸，并消除了对升沉补偿系统的需求。
本发明的进一步的目的是简化和最小化浮动结构的可断开连接的系泊所需的设备尺寸。
发明内容
该目的通过一种用于将一个或更多个立管和锚线可释放地连接至浮动结构的转塔的系泊浮标系统来实现，其中该浮标包括：浮标主体，用于承载一个或更多个立管，立管延伸到海底碳氢化合物井；多个锚线连接器，用于将多个锚线连接至浮标主体，使得每个锚线的一端连接至多个锚线连接器之一，相对端连接至海底；重新连接缆线，其中，在平衡状态下，浮标主体(1)的浮力等于浮标主体的质量加上一个或更多个立管(3)的悬挂重量和锚线的拉力，其中，重新连接缆线延伸穿过与浮标主体的中心线重合的通道，并且在一端上通过的锚线连接区段在浮标主体下方相距锚线连接器一定距离处可连接至锚线中的每个，并且在另一端上包括位于锚线连接器可连接的浮标主体的相对侧的挡块和绞盘缆线连接布置。
这种配置的优点是，当绞盘缆线通过绞盘缆线连接布置连接至重新连接缆线并且锚线连接在重新连接缆线的相对侧时，它将经由延伸穿过浮标主体的重新连接缆线绕过浮标主体而直接拉动到锚线上。这将形成主载荷路径，从而限制由于惯性效应和由船舶-浮标运动引起的动态放大而在绞盘上引入的动载荷的影响。
此外，本发明仅使用简单的浮标主体几何形状，而没有任何额外增加的重量。这允许需要保持立管和锚线可用于在水面以下的特定预定深度处重新连接使用最小尺寸的浮标。
在一个实施方式中，锚线连接放置为相距浮标主体的中心线为非零的径向距离。由于将浮标拉动到锚线上时所分布的锚固载荷，确保锚线以相同的径向距离连接使得浮标具有良好的稳定性。另外，此布置在锚线和重新连接缆线之间提供一定的间隙，从而防止它们缠结。
在优选实施方式中，重新连接缆线的长度使得当挡块和绞盘缆线连接布置与浮标主体连接锚线连接器的一侧相对的一侧接触时，重新连接缆线形成松弛。这导致当浮标主体没有向上升起到船舶时锚固载荷到浮标主体的直接载荷路径。
此外，重新连接缆线在距锚线连接至浮标主体一定距离处可连接至锚线，使得在连接时，当重新连接缆线向上拉动时，重新连接缆线连接与浮标主体之间的锚线区段释放张力，从而在挡块和绞盘缆线连接布置与浮标主体之间产生距离。浮标主体可在锚线松弛区段的长度内独立于绞盘缆线-锚线移动。结果，由于惯性效应和由船舶-浮标运动引起的动态放大而在绞盘上引入的动载荷被极大地消除。最佳绞盘容量可接近或等于所需的最小绞盘容量，该最小绞盘容量对应于在浮标拉入期间预期的平均载荷，而无需使用升沉补偿系统。
当重新连接缆线连接至锚线并在绞盘的拉力作用下，锚线将减小的力施加到浮标主体上。在这种情况下，浮标主体仅承载减小的系泊力和一个或更多个立管，并且由于其浮力而将开始向上浮动，其中浮标的上升直接由绞盘缆线的拉入速度控制。
一种用向上拉动一个或更多个立管和锚线以将立管和锚线可释放地附接至船舶的船体的转塔中的优选方法包括以下步骤：
-如上所述，将来自船舶的转塔系泊系统的绞盘缆线附接至系泊浮标系统的重新连接缆线，从而浮标处于浮标主体(1)的浮力等于浮标主体的质量加上一个或更多个立管(3)的悬挂重量和锚线的拉力的平衡状态；
-拉入绞盘缆线，使得重新连接缆线通过浮标主体的中心直接拉动到锚线上，使得锚线的位于重新连接缆线连接和锚线连接器之间的区段变得松弛，从而减少浮标主体上的悬挂重量；
-以可控制的或预定的速度连续卷入绞盘缆线，使得重新连接缆线连接和锚线连接器之间的锚线区段保持松弛，从而允许承载一个或更多个立管的浮标主体仅使用浮标主体的浮力向上浮动。
由此，绞盘缆线被拉入的速度直接控制浮标的上升。
可在这些步骤之后执行以下步骤，以下步骤形成用于将一个或更多个立管附接在船舶的船体的转塔中的方法：
-如上所述向上拉动一个或更多个立管，从而绞盘缆线的卷入继续，直到浮标主体接纳于在转塔结构中；
-将浮标主体锁定到转塔结构；
-释放重新连接缆线，以使其在连接至锚线的浮标主体下方形成松弛，并且从重新连接缆线连接和锚线连接器(5)之间的锚线区段中去除松弛。
当船舶系泊时，锚固力通过浮标主体引导到转塔。绞盘缆线可从重新连接缆线拆下，以释放绞盘而用于船舶上的其他用途。
一种制造如上一节所述用于向上拉动和附接方法的系泊浮标的优选方法包括以下步骤：
-设置浮标主体，其包括与浮标主体的中心线重合的贯通通道；
-在贯通通道的横向侧安装多个锚线连接器；
-在包括锚线连接器的一侧安装一个或更多个立管连接器；
-穿过浮标主体的贯通通道安装重新连接缆线，从而重新连接缆线在附接有锚线连接器的一侧在离开浮标主体的重新连接缆线末端容纳与锚线连接器数量相等的多个缆线，并且在重新连接缆线的相对末端安装有挡块和绞盘缆线连接器布置。此外，该方法可包括制造浮标主体，该浮标主体包括与浮标主体的中心线重合的贯通通道。用于构造此系泊浮标的部件的数量和大小与用于构造常规系泊浮标的部件相当。由于构造常规浮标所需的最少修改，因此可以以相似的成本和时间完成构造方法。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明，在附图中示出了本发明的说明性实施方式。附图旨在仅用于说明性目的，而不是对发明构思的限制。本发明的范围仅由所附权利要求中存在的定义限制。
图1示出了处于沉没平衡状态的系泊浮标系统的横截面；
图2示出了处于浮标升起状态的系泊浮标系统的横截面；
图3示出了在连接状态之前浮标最终升起的系泊浮标系统的横截面；
图4示出了处于连接状态的系泊浮标系统的横截面；
图5示出了用于海上作业的船舶的横截面，该船舶包括使用系泊浮标系统进行系泊的转塔系泊系统。
具体实施方式
图1示出了处于平衡状态的系泊浮标系统的横截面，其中，系泊浮标100包括浮标主体1、锚线连接器5和重新连接缆线。重新连接缆线包括：主重新连接缆线区段2，重新连接缆线锚线连接区段10位于其一端上，挡块和绞盘缆线连接布置7位于其另一端上。浮标主体1包括：通道8，沿中心线C延伸，提供穿过浮标主体1从顶侧到底侧的贯通空腔。重新连接缆线延伸穿过此通道8，使得挡块和绞盘缆线连接布置7位于浮标体主体1的顶侧上，而锚线连接区段10位于距浮标主体1的底侧一定距离处。
此外，系泊浮标100连接至一个或多个立管3，并且在锚线连接器5处连接至锚线。每个锚线均包括：主锚线区段4，在一端其连接有较短的锚线区段9。锚线可以是由金属和/或聚合物制成的缆线、线或链或其组合。
一个或更多个立管3在底侧连接至浮标主体1。
锚线连接5放置为在与一个或更多个立管相同的一侧即底侧与浮标主体1的中心线C相距非零的径向距离。这确保了重新连接缆线的重新连接缆线锚连接区段10不会与主重新连接缆线2、锚线或一个或更多个立管3缠结。锚线连接器5和立管连接器充分地间隔开，并且在距主重新连接缆线2所在的中心线C足够的距离。
锚线通过较短的锚线区段9的自由端在锚线连接器处连接至浮标主体1。
在浮标主体1下方一定距离处，重新连接缆线的锚线连接区段10的自由端在连接点6处附接至锚线，在该连接点处，主锚线区段4连接至较短的锚线区段9。锚线连接器相距中心线C的非零径向放置确保重新连接缆线的锚线连接区段10和较短的锚线区段9的工作方式使得任一线承载大部分或优选是全部的来自锚线的张力。
在这种平衡状态下，重新连接缆线的挡块和绞盘缆线连接布置7搁置在浮标主体1的顶部上，使得主重新连接缆线区段2在浮标主体1下方延伸一定距离。重新连接缆线锚线连接区段10是松弛的，因而所有的系泊线载荷都通过锚线主区段4和较短的区段9。由于浮标主体1的浮力等于浮标主体质量加上一个或更多个立管3的悬挂重量以及锚线的拉力，所以存在平衡。
图2示出了处于浮标升起状态的系泊浮标系统的横截面。在这种状态下，绞盘缆线11连接至图1的系泊浮标100的挡块和绞盘缆线连接布置7。绞盘缆线11的接合使挡块和绞盘缆线连接布置7从浮标主体1的顶部释放，主重新连接缆线区段2自身相对于浮标主体1的通道8沿中心线C移位，使得在浮标主体1的相对侧上的重新连接缆线锚线连接区段10张紧，以及上拉线连接上方的较短的锚线区段9释放。结果，从抵消浮标主体1的浮力的力中去除了锚线重量，从而使系泊浮标100自然地升起至水面。
以等于浮标的升起速度的速度卷入绞盘缆线确保较短的锚线区段9保持松弛，使得在升起状态期间由船舶运动引起的系泊浮标100的任何升沉运动都不受绞盘缆线11的影响。结果，系泊浮标100和操作绞盘的船舶的运动脱离联接，并且因此绞盘不再受到惯性和动载荷的作用，从而允许在高海况下安全连接。
图3示出了处于连接状态之前浮标最终升起的系泊浮标系统的横截面。在到达水线WL之前，系泊浮标100到达转塔150的空腔110中，该转塔容纳卷入绞盘缆线11的绞盘12。只要绞盘缆线11保持接合，系泊浮标100就保持在升起状态，从而在一个或更多个立管3上施加上拉力，并且系泊浮标的升起运动仅由转塔150停止。
然后，将浮标主体1锁定在转塔150的空腔110中，并且绞盘缆线11的拉动从挡块和绞盘缆线连接布置7释放。
所产生的状态在图4中示出，其示出了系泊浮标系统的横截面，其中，系泊浮标100处于与船舶200的连接状态。挡块和绞盘缆线连接布置7搁置在浮标主体1的顶部上，这再次使得主重新连接缆线区段2在浮标主体1下方延伸一定距离，并且重新连接缆线锚线连接区段10变得松弛。结果，所有的系泊线负载均通过锚线主区段4和较短的线区段9。浮标主体1的浮力小于由锚线和立管3的悬挂重量引起的向下拉力，从而将组合的锚固载荷转移到转塔150上。
图5示出了用于海上作业的船舶200的部分的横截面，并且船舶包括转塔系泊系统，其中，该转塔系泊系统通过系泊浮标系统连接至锚线和一个或更多个立管。
已经参照优选实施方式描述了本发明。在阅读和理解前面的详细描述时，其他人将想到明显的修改和改变。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和改变，只要它们落入所附权利要求的范围之内即可。