Система швартовки для арктического плавучего средства

Система швартовки для арктического плавучего средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Этот раздел предназначен для ознакомления с различными аспектами данной области техники, которые могут быть связаны с примерными вариантами реализации настоящего изобретения. Предполагается, что это обсуждение поможет создать основу, способствующую лучшему пониманию конкретных аспектов настоящего изобретения. Таким образом, необходимо понимать, что данный раздел необходимо воспринимать именно в таком свете и не обязательно в качестве изложения существующего уровня техники.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области технологий морского бурения. В частности, оно относится к плавучей морской буровой установке, в которой используются морской стояк (трубопровод для связи с морским месторождением) и система швартовки, подходящие для использования в ледовых арктических водах.

Уровень техники

По мере увеличения мировых потребностей в ископаемом топливе, энергетическим компаниям приходится развивать добычу углеводородных ресурсов, находящихся в более удаленных и неблагоприятных зонах мира, как на суше, так и в открытом море. Такие зоны включают арктические регионы, где температура окружающего воздуха опускается значительно ниже точки замерзания воды. Конкретными примерами континентальных областей являются Канада, Гренландия и Северная Аляска.

Одной из главных проблем, с которой сталкиваются в морских арктических регионах, является постоянное образование ледовых пластов на поверхности воды. Ледовые массы, образовавшиеся вне береговой линии на участках с глубиной воды более 20 или 25 метров, являются подвижными, так как они почти постоянно перемещаются. Ледовые массы, или ледовые пласты, перемещаются в результате воздействия таких явлений окружающей среды, как ветер, волны и течения. Ледовые пласты могут перемещаться по воде в горизонтальном направлении со скоростями до приблизительно 1 метра в секунду. Такие подвижные массы льда могут создавать огромные нагрузки, действующие на конструкции, находящиеся на их пути. Поэтому морские конструкции, эксплуатируемые в арктических морях, должны быть способны сопротивляться или противостоять нагрузкам, создаваемым движущимся льдом.

Другой опасностью, с которой сталкиваются в арктических водах, являются ледовые торосы. Они представляют собой большие нагромождения льда, которые обычно возникают внутри ледовых пластов и могут состоять из перекрывающихся ледовых слоев и повторно замерзших обломков, возникших из-за столкновения таких пластов. Торосы могут иметь толщину до 30 метров или более и, как следствие, приводить к пропорциональному увеличению нагрузок по сравнению с нагрузками, действующими со стороны обычного ледового пласта.

Неподвижные конструкции, установленные на дне, являются особенно уязвимыми в морских арктических регионах, в частности, в глубоководных зонах. Наибольшая по величине нагрузка, действующая со стороны ледового пласта или тороса, возникает рядом с поверхностью воды. Если морская конструкция содержит буровую платформу или площадку, установленную на длинную, относительно тонкую колонну, проходящую на значительное расстояние вниз от поверхности, изгибающие моменты, обусловленные горизонтальным перемещением льда, могут оказаться достаточными для опрокидывания этой платформы.

Согласно патенту США № 4048943 предлагается буровая установка, содержащая конструкцию в форме перевернутого конуса, плавающую, в общем, выше уровня воды. Эта перевернутая конструкция включает верхнюю поверхность, или площадку, для установки бурового оборудования и функциональных элементов. Буровая установка также включает большой цилиндрический кессон, находящийся на плаву ниже конструкции в форме перевернутого конуса. В этом случае кессон включает сужающуюся по радиусу верхнюю часть, предпочтительно конической формы, соединенную с упомянутой конструкцией в форме перевернутого конуса ниже уровня воды. Швартовочные связи прикрепляют к кессону, а затем закрепляют на морском дне якорями, чтобы зафиксировать положение буровой установки в воде.

Буровая установка, предложенная согласно этому патенту, включает средства, обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение кессона в вертикальном направлении. При этом верхняя часть кессона может контактировать с ледовыми пластами и другими массами льда под углом с возникновением достаточной динамической силы для пробивания и разрушения льда. Движущийся лед ударяется о наклонную стенку конструкции в форме конуса, и это его поднимает. Подъем льда не только приводит к его разрушению, но также, по существу, устраняет горизонтальную раздавливающую нагрузку, действующую со стороны льда на конструкцию.

Другие буровые конструкции, имеющие корпуса в форме перевернутого конуса, описаны в патентах США № 3766874 и 4434741. В таких конструкциях используются корпуса, которые, в общем, имеют форму усеченного конуса для разламывания льда, сталкивающегося с корпусом. Эти корпуса закреплены на морском дне с использованием традиционных цепей или металлических тросов.

Обычно при проведении работ на море желательно использовать цепи, металлические или синтетические тросы в качестве швартовочных связей. Такие швартовочные связи обеспечивают подвижность плавающей конструкции, что позволяет этой конструкции перемещаться в ответ на действие волн, ветра и течений. В то же время такие традиционные швартовочные связи могут не обеспечивать прочности, достаточной для того, чтобы выдерживать высокие сдвиговые нагрузки, создаваемые движущимися ледовыми пластами. Существующие системы швартовки на плавучих средствах имеют ограниченные возможности с точки зрения сопротивления ледовым нагрузкам и, в общем, их использование ограничено открытой водой, а также бурением и добычей в теплое время года.

Полная разработка морских нефтяных и газовых месторождений требует проведения работ из заданного положения, например, бурения множества скважин из заданного положения. Это справедливо даже в арктических зонах, где ледовые пласты закрывают воду большую часть года. Желательно не останавливать работы в течение всего года, чтобы избежать подорожания из-за сезонной передислокации и сложностей многократного входа в течение года в частично пробуренные скважины.

Таким образом, существует необходимость в усовершенствованной системе швартовки, позволяющей сохранять заданное положение морской плавучей установки в арктических условиях.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создана система швартовки для арктического плавучего средства. Это средство может представлять собой, например, плавучую буровую установку. Это средство, в качестве альтернативы, может представлять собой осесимметричное исследовательское средство или другое средство, используемое для морского бурения, добычи, разведки, восстановления или исследований.

Средство имеет платформу для выполнения работ в морской среде. Дополнительно, средство имеет опору, обеспечивающую балласт и устойчивость ниже уровня воды в морской среде. Платформа может быть установлена на корпус, имеющий форму усеченного конуса. В этом случае средство дополнительно содержит суженую часть, соединяющую конструкцию платформы с опорой.

Система швартовки, в общем, включает множество якорей, расположенных в радиальном направлении вокруг опоры на морском дне. Якоря могут представлять собой утяжеленные блоки, удерживаемые на морском дне за счет силы тяжести. В качестве альтернативы, каждый из якорей может содержать, например, рамную конструкцию с множеством колонн в виде забиваемых свай или свай с всасыванием, закрепленных в грунте у морского дна.

Система швартовки также имеет множество швартовочных связей. Первый конец каждой швартовочной связи функционально соединен с опорой, а второй конец каждой швартовочной связи функционально соединен с соответствующим якорем. Каждая швартовочная связь дополнительно содержит по меньшей мере два по существу жестких звена, скрепленных вместе с использованием сочленений или шарниров. Определенные звенья внутри каждой из множества швартовочных связей могут содержать материал, увеличивающий подъемную силу.

Согласно одному из аспектов, каждое звено имеет по меньшей мере пять метров в длину. Каждое звено может содержать, например, множество вытянутых металлических элементов, расположенных параллельно друг другу. В одном конструктивном варианте первый конец каждой из множества швартовочных связей соединен с опорой вблизи верхнего края этой опоры. В предпочтительном случае обеспечена возможность выборочного соединения каждого из первых концов с опорой на двух или более различных уровнях по высоте вдоль верхнего края опоры, чтобы регулировать осадку плавучей буровой установки в морской среде. В дополнение к этому, каждый из множества якорей может содержать множество точек соединения для выборочного соединения каждой соответствующей швартовочной связи на протяжении соответствующего якоря. Таким образом, можно регулировать расстояние опоры от точки соединения.

Система швартовки позволяет обеспечить круглогодичную работу в море, даже в зимние месяцы, когда морская среда, по существу, покрыта льдом. В предпочтительном случае система швартовки позволяет сохранять неизменное положение средства при наличии нагрузок, действующих со стороны льда, которые превышают приблизительно 100×10⁶ Н.

Нагрузки, действующие со стороны льда, как правило, возникают при перемещении ледовых пластов. Нагрузки, создаваемые ледовыми пластами, имеют горизонтальный компонент. Согласно одному из аспектов, каждая швартовочная связь может выдерживать по меньшей мере приблизительно 500×10⁶ Н горизонтальной нагрузки.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения система швартовки дополнительно содержит множество вспомогательных швартовочных связей. Первый конец каждой связи соединен с опорой вблизи нижнего края этой опоры, а второй конец каждой связи соединен с соответствующим якорем. Каждая из вспомогательных швартовочных связей может быть получена из цепей, металлических тросов, синтетических тросов или труб.

Здесь также предлагается способ развертывания системы швартовки для плавучей конструкции. Согласно одному из аспектов, этот способ включает следующие этапы, на которых:

(а) устанавливают шаблон позиционирования на морском дне в месте проведения морских работ;

(b) обеспечивают задающую связь, имеющую первый конец, второй конец и множество по существу жестких звеньев, скрепленных вместе с использованием сочленений, причем каждое звено содержит по меньшей мере один вытянутый металлический элемент;

(с) соединяют первый конец задающей связи с шаблоном позиционирования;

(d) соединяют второй конец задающей связи с якорем;

(е) закрепляют якорь на морском дне в соответствии с первой длиной;

(f) отсоединяют первый конец задающей связи от шаблона позиционирования и второй конец задающей связи от якоря;

(g) повторяют этапы (а)-(f) для последующих якорей, что позволяет установить множество якорей вокруг шаблона позиционирования;

(h) обеспечивают постоянную швартовочную связь, имеющую первый конец, второй конец и множество по существу жестких звеньев, скрепленных вместе с использованием сочленений;

(i) функционально соединяют второй конец швартовочной связи с якорем;

(j) функционально соединяют первый конец швартовочной связи с плавучей конструкцией; и

(k) повторяют этапы (h)-(j) для каждого из последующих якорей.

Плавучая конструкция в предпочтительном случае представляет собой плавучую буровую установку. В этом случае буровая установка может включать платформу для выполнения бурения/добычи в морской среде и опору, выполненную с возможностью обеспечения балласта и устойчивости ниже уровня воды в морской среде. Шаблон позиционирования устанавливают ниже предполагаемого положения опоры на месте бурения. В предпочтительном случае первый конец каждой из соответствующих постоянных швартовочных связей функционально соединен с верхней частью опоры.

Как и в случае швартовочных связей в описанной выше системе швартовки, каждое звено в постоянных швартовочных связях содержит множество вытянутых элементов, расположенных параллельно друг другу. Элементы могут быть металлическими, керамическими или из другого материала, имеющего высокую прочность на растяжение. Звенья скрепляют вместе с использованием шарнирного соединителя. Согласно одному из аспектов, каждый из множества вытянутых элементов содержит либо два или более стержней с проушинами, либо два или более по существу полых трубчатых элементов. Каждая из постоянных швартовочных связей в предпочтительном случае может выдерживать нагрузку по меньшей мере приблизительно 100×10⁶ Н, действующую со стороны движущегося ледового пласта.

Здесь также предлагается способ передислокации плавучей конструкции. Плавучая конструкция содержит платформу для выполнения работ в морской среде и опору, обеспечивающую балласт и устойчивость ниже уровня воды в морской среде. Согласно одному из аспектов, способ включает отсоединение опоры от платформы. После чего опору опускают в морскую среду на глубину ниже приближающегося ледового пласта.

В соответствии с этим способом плавучую конструкцию перемещают в новое положение в морской среде. Это позволяет плавучей конструкции избежать ударов со стороны ледового пласта.

При использовании этого способа плавучая конструкция ранее уже установлена в определенном месте в арктической морской среде при помощи системы швартовки. Система швартовки имеет множество швартовочных связей, каждая из которых имеет первый конец и второй конец. Каждая швартовочная связь дополнительно имеет по меньшей мере два по существу жестких звена, скрепленных вместе с использованием шарниров. Шарниры позволяют швартовочным связям кинематически сокращаться, когда опору опускают ниже в морскую среду. Система швартовки также включает множество якорей, установленных на морском дне. Каждый якорь закрепляет соответствующую швартовочную связь с ее второго конца.

Согласно одному из аспектов, в определенные звенья в каждой из множества швартовочных связей помещен материал, увеличивающий подъемную силу. Это облегчает кинематическое сокращение швартовочных связей для соответствия уменьшенному расстоянию от соответствующих якорей до опоры при опускании опоры к морскому дну.

Что касается швартовочных связей в описанной выше системе швартовки, каждое звено в постоянных швартовочных связях содержит множество вытянутых элементов, расположенных параллельно друг другу. Эти элементы могут быть металлическими, керамическими или из другого материала, имеющего высокую прочность на растяжение. Звенья скрепляют вместе с использованием шарнирного соединителя. Согласно одному из аспектов, каждый из множества вытянутых элементов содержит либо два или более стержней с проушинами, либо два или более по существу полых трубчатых элементов. Каждая из постоянных швартовочных связей в предпочтительном случае может выдерживать нагрузку по меньшей мере приблизительно 100×10⁶ Н, действующую со стороны движущегося ледового пласта.

Краткое описание чертежей

Чтобы способствовать лучшему пониманию настоящего изобретения, к заявке приложены иллюстрации, схемы и/или блок-схемы. При этом необходимо отметить, что чертежи иллюстрируют только определенные варианты реализации изобретения, и поэтому не должны восприниматься как ограничивающие его объем, так как изобретение может допускать и другие, в равной степени эффективные варианты его реализации и применения. На чертежах:

Фиг.1 - вид сбоку системы швартовки для плавучей морской буровой установки, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Как видно на этом чертеже, плавучая морская буровая установка находится в морской среде;

Фиг.2А - вид сбоку стержня с проушинами, который может быть использован как часть звенной секции для описанной здесь системы швартовки;

Фиг.2В - вид сверху стержня с проушинами, показанного на фиг.2А;

Фиг.3А - вид сбоку участка швартовочной связи, которая может быть использована в системе швартовки, показанной на фиг.1. Показаны три иллюстративных звена, соединенных вместе;

Фиг.3В - общий вид участка швартовочной связи, показанного на фиг.3А. На этом виде оси, используемые для скрепления звеньев швартовочной связи, показаны вынутыми из отверстий в стержнях;

Фиг.4А - вид сбоку якоря, который может быть использован в системе швартовки, показанной на фиг.1. В данном случае якорь изготовлен из отдельных свай с всасыванием, соединенных при помощи рамной конструкции;

Фиг.4В - вид сверху якоря, показанного на фиг.4А;

Фиг.5А - вид сбоку якоря, который может быть использован в системе швартовки, показанной на фиг.1, в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения. В данном случае якорь представляет собой блок, удерживаемый на морском дне за счет силы тяжести;

Фиг.5В - общий вид якоря, показанного на фиг.5А;

Фиг.5С - вид сбоку соединительного элемента, который может быть использован для соединения швартовочной связи с якорями, показанными на фиг.4В или фиг.5В;

Фиг.6А - вид сверху звена, полученного из одного или более стержней с проушинами, которые могут быть использованы как часть звена для описанной здесь системы швартовки в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения;

Фиг.6В - вид сбоку звена из стержней с проушинами, показанного на фиг.6А;

Фиг.7А - вид сбоку системы швартовки для плавучей морской буровой установки в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения. На этом виде к дну буровой конструкции прикреплен кессон. Звенья системы швартовки соответствуют иллюстративному примеру, приведенному на фиг.6А и 6В;

Фиг.7В - вид сбоку системы швартовки, показанной на фиг.7А. При этом кессон отсоединен от буровой конструкции и опущен в морскую среду. Это позволяет отбуксировать буровую конструкцию с линии соударения с айсбергом;

Фиг.7С - блок-схема, на которой показаны этапы способа передислокации плавучей арктической конструкции;

Фиг.8А - вид сбоку системы швартовки для плавучей морской буровой установки, показанной на фиг.1. На этом виде система швартовки расположена таким образом, чтобы буровая конструкция находилась на уровне воды в условиях преобладания льдов;

Фиг.8В - другой вид сбоку системы швартовки, показанной на фиг.1. В данном случае система швартовки расположена таким образом, чтобы буровая конструкция находилась по существу выше уровня воды в условиях волн на море;

Фиг.9 - вид сбоку верхней части опоры буровой установки в увеличенном масштабе. Поворачивающийся на шарнире стержень с проушинами показан в разных положениях для подъема и опускания буровой конструкции с целью соответствия либо условиям преобладания льдов, показанным на фиг.8А, либо условиям преобладания волн на море, показанным на фиг.8В;

Фиг.10 - другой вид сбоку системы швартовки для плавучей морской буровой установки, показанной на фиг.1. На нем показаны векторы сил, действующих на буровую установку, когда по ней ударяет лед. Движители обеспечивают активное управление движением, помогающее сохранить равновесие плавучей конструкции;

Фиг.11А - вид сбоку связи, используемой для задания расстояния якоря от шаблона. Задающая расстояние связь может представлять собой сегмент постоянной швартовочной связи или может быть отдельной, временной связью;

Фиг.11В - вид сбоку задающей расстояние связи, показанной на фиг.11А, в увеличенном масштабе. Показано соединение между временной швартовочной связью и шаблоном;

Фиг.11С и 11D - унифицированная блок-схема способа развертывания системы швартовки для плавучей конструкции;

Фиг.12А - вид сбоку системы швартовки, соответствующей альтернативному варианту реализации настоящего изобретения. Как видно на этом чертеже, плавучая морская буровая установка находится в морской среде. В этом конструктивном варианте система швартовки прикреплена к плавучей опоре таким образом, чтобы обеспечить нахождение буровой конструкции в морской среде в условиях преобладания льдов;

Фиг.12В - другой вид сбоку системы швартовки для плавучей морской буровой установки, соответствующей альтернативному варианту реализации настоящего изобретения. Как видно на этом чертеже, плавучая морская буровая установка находится в морской среде. В этом конструктивном варианте система швартовки прикреплена к плавучей опоре таким образом, чтобы обеспечить нахождение буровой конструкции в морской среде в условиях преобладания волн на море;

Фиг.13А - вид сбоку швартовочной связи, которая может быть использована в системе швартовки, показанной на фиг.12А и 12В;

Фиг.13В - сечение швартовочной связи, показанной на фиг.13А, плоскостью В-В, показанной на фиг.13А. Как видно на этом чертеже, имеется множество трубчатых элементов;

Фиг.13С - другое сечение швартовочной связи, показанной на фиг.13А, плоскостью С-С, показанной на фиг.13А. Как видно на этом чертеже, множество трубчатых элементов заключено во внешний элемент для сохранения их взаимного расположения;

Фиг.14А - вид сбоку швартовочной связи, которая может быть использована в системе швартовки, показанной на фиг.12А и 12В, в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения;

Фиг.14В - сечение швартовочной связи, показанной на фиг.14А, плоскостью В-В, показанной на фиг.14А. Как видно на этом чертеже, имеется множество трубчатых элементов;

Фиг.14С - другое сечение швартовочной связи, показанной на фиг.14А, плоскостью С-С, показанной на фиг.14А. Как видно на этом чертеже, имеется множество трубчатых элементов;

Фиг.15А - вид сбоку участка системы швартовки, показанной на фиг.12А и 12В. В данном случае буровая конструкция отсоединена от плавучей опоры. Опора расположена в морской среде, чтобы избежать контакта с большим ледовым пластом;

Фиг.15В - вид сбоку участка системы швартовки, показанной на фиг.12А и 12В. В данном случае буровая конструкция отсоединена от плавучей опоры. Опора расположена еще глубже в морской среде, чтобы избежать контакта с очень большим ледовым объектом, таким как айсберг;

Фиг.16А - вид сбоку якоря, который мог бы использоваться как часть системы швартовки, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Конец швартовочной связи, показанной на фиг.12А и 12В, изображен снятым с установочного места, прикрепленного к якорю;

Фиг.16В - вид сверху якоря, показанного на фиг.16А. Конец швартовочной связи, показанной на фиг.15А и 15В, также изображен снятым с установочного места, прикрепленного к якорю; и

Фиг.17 - вид сбоку верхней части плавучей опоры, показанной на фиг.12А и 12В. Верхняя часть приведена в увеличенном масштабе, чтобы продемонстрировать выборочную установку конца швартовочных связей на опоре. В иллюстративном конструктивном варианте в концевой части соединительного узла расположен полукруглый соединитель.

Подробное описание конкретных вариантов реализации изобретения

Определения

В том виде, как он здесь используется, термин "углеводород" относится к органическому соединению, которое включает, главным образом, если не исключительно, такие химические элементы, как водород и углерод. Углеводороды, в общем, разделяют на два класса: алифатические, или углеводороды с прямыми цепями, и циклические, или углеводороды с цепями, замкнутыми в кольца, которые включают циклические терпены. Примеры материалов, содержащих углеводороды, включают любой тип природного газа, нефти, угля и битума, который может быть использован в качестве топлива или переработан в топливо.

В том виде, как он здесь используется, термин "текучая среда" относится к газам, жидкостям и комбинациям газов и жидкостей, а также к комбинациям газов и твердых тел и комбинациям жидкостей и твердых тел.

В том виде, как он здесь используется, термин "подповерхностная зона" относится к геологическому пласту, возникающему ниже земной поверхности.

Термин "стержень с проушинами" относится к любому вытянутому объекту, который имеет средства соединения на противоположных концах. Примером, не накладывающим ограничений, является балка с расширенными концевыми частями, каждый конец которой имеет сквозное отверстие для установки универсального шарнира, оси или другого шарнирного соединителя.

Термин "морское дно" относится к основанию морского пространства. Морское пространство может представлять собой океан, море или другое водное тело, которое подвержено возникновению волн, ветров и/или течений.

Термин "арктический" относится к любой океанической зоне, в которой могут возникать ледовые объекты или через которую могут перемещаться ледовые объекты. Термин "арктический", в том виде, как он здесь используется, достаточно широк, чтобы включать географические зоны, расположенные рядом как с Северным, так и с Южным полюсом.

Термин "морская среда" относится к любому месту не на суше. Место не на суше может относиться к мелководным областям или глубоководным областям. Морская среда может представлять собой океаническое пространство, залив, большое озеро, устье реки, море или канал.

Термин "ледовый пласт" означает плавающую и движущуюся массу льда, скопление льда или ледовое поле. Этот термин также охватывает ледовые торосы внутри ледовых пластов.

Термин "платформа" означает площадку, на которой выполняются морские работы, например, буровые. Термин также может охватывать любую присоединенную опорную плавучую конструкцию, например, конический корпус.

Описание конкретных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 представлен вид сбоку морской буровой установки 100. Морская буровая установка 100 включает корпус 102, имеющий, в общем, форму перевернутого конуса. С верхней стороны корпуса 102 имеется платформа 104, с которой выполняют бурение. Как видно на чертеже, над платформой 104 возвышается буровая вышка 120. На платформе 104 установлено дополнительное оборудование для бурения и добычи, которое не показано. Корпус 102, платформа 104 и связанное с ними оборудование для бурения и добычи вместе образуют буровую конструкцию.

Морская буровая установка 100 также включает плавучую опору 106. В этом иллюстративном конструктивном варианте опора 106 имеет по существу цилиндрическое тело, которое плавает в воде в вертикальном положении. Такую конструкцию в морском деле иногда называют "кессоном". Однако иллюстративная опора 106 не ограничивается кессонами или другими конкретными конструктивными вариантами. Опора 106 соединена с нижней стороной корпуса 102 через суженую часть 108. Таким образом, когда опора 106 плавает в соответствии с законом Архимеда, она поддерживает корпус 102 и обеспечивает выполнение соответствующих буровых работ.

Плавучая опора 106 имеет отделения с управляемым балластом для сохранения вертикального положения и устойчивости конструкции. Опора 106 может дополнительно использоваться в качестве места для хранения оборудования и материалов.

Морская буровая установка 100 показана находящейся в морской среде 50. Если говорить более конкретно, морская буровая установка 100 показана плавающей в арктической воде. Уровень воды обозначен ссылочной позицией 52, а морское дно или подводное основание - 54. На фиг.1 морская среда 50 по существу свободна ото льда. Таким образом, она находится в условиях, когда морские волны воздействуют на буровую установку 100, являясь следствием ветра или течений. Однако понятно, что буровая установка 100 предназначена для круглогодичной работы в арктической среде, включая холодные зимние месяцы, когда в морской среде преобладает лед.

Чтобы сохранить положение буровой установки 100 в морской среде 50, обеспечена система 150 швартовки. Использование системы 150 швартовки обеспечивает то, что называется "удержанием в заданной точке". Удержание в заданной точке является важным во время буровых работ с точки зрения сохранения должного положения буровой установки 100 над морским дном 54 во время создания скважины (не показана).

Система 150 швартовки, во-первых, включает множество якорей 160. На фиг.1 показаны только два якоря 160. Однако понятно, что система 150 швартовки в предпочтительном случае включает по меньшей мере четыре и более предпочтительно от шести до десяти якорей 160. Каждый якорь 160 лежит на морском дне 54 на заданном расстоянии от опоры 106. Якоря 160 расположены на морском дне 54 в радиальном направлении вокруг опоры 106.

Система 150 швартовки также включает множество швартовочных связей 152. Первый конец каждой швартовочной связи 152 соединен с опорой 106, а второй конец каждой швартовочной связи 152 соединен с соответствующим якорем 160. В конструктивном варианте, показанном на фиг.1, первый шарнирный кронштейн 156 соединяет первый конец каждой швартовочной связи 152 с опорой 106, а второй шарнирный кронштейн 158 соединяет второй конец каждой швартовочной связи 152 с соответствующим якорем 160.

Предпочтительно, чтобы швартовочная связь 152 соединялась с опорой 106 у верхнего края этой опоры 106. Швартовочные связи 152 могут свисать с опоры 106 как цепи. Однако, в отличие от обычного металлического троса, используемого в качестве швартовочной связи, швартовочные связи 152, соответствующие настоящему изобретению, в предпочтительном случае удерживаются в натянутом состоянии. То есть в арктической морской среде не обязательно создавать провисание швартовочной связи 152, так как незначительная глубина воды и почти круглогодичное присутствие льда снижают до минимума силу морских волн.

Каждая швартовочная связь 152 содержит множество звеньев 155. Звенья 155 скреплены вместе с использованием шарнирных соединителей 154. Соединители 154 могут представлять собой, например, оси, установленные через совмещенные сквозные отверстия. В качестве альтернативы, соединители представляют собой универсальные шарниры или другие средства шарнирного соединения.

В настоящем изобретении швартовочные связи 152 не являются обычными тросами, цепями или якорными цепями, вместо этого швартовочные связи 152 имеют множество звеньев 155 из по существу жестких элементов. Каждое звено 155 может представлять собой, например, комплект из двух или трех отдельных стержней с проушинами, расположенных параллельно. Звенья 155, в свою очередь, соединены на соответствующих концах соединителями 154.

На фиг.2А приведен вид сбоку одного стержня 210 с проушинами. На фиг.2В представлен вид сверху стержня 210 с проушинами, показанного на фиг.2А. Если рассматривать два вида вместе, стержень 210 с проушинами имеет вытянутое тело 212. На противоположных концах 214 тела 212 созданы сквозные отверстия 216. В сквозные отверстия помещают соответствующие соединительные оси (не показаны).

Стержень 210 с проушинами может быть использован как часть звена 155 для описанной здесь системы 150 швартовки. Стержень 210 с проушинами имеет вытянутое тело из стали или другого металла. Однако можно рассматривать применение и других материалов, таких как стекловолокно, керамика или композиты. Стержень 210 с проушинами может иметь длину, например, от 5 до 50 метров. Кроме того, стержень 210 с проушинами может иметь ширину приблизительно 1000 мм и толщину 250 мм. Это дает поперечное сечение 25000 мм. Последнее, в свою очередь, позволяет стержням 210 с проушинами выдерживать растяжение с силой 100×10⁶ Н. Сравните это значение со значением для типичного металлического троса, используемого в обычной системе швартовки, который имеет поперечное сечение приблизительно 6 дюймов с соответствующим выдерживаемым растяжением приблизительно 15×10⁶ Н. Таким образом, увеличение выдерживаемого растяжения обеспечивается увеличением площади поперечного сечения стали, обеспечивающей сопротивление растягивающим нагрузкам.

Как указано на фиг.1, множество звеньев 155 скрепляют вместе с созданием единой швартовочной связи 152. На фиг.3А приведен вид сбоку трех звеньев 155 из стержней 210 с проушинами. Звенья 155 представляют собой часть швартовочной связи, которая может быть использована в системе 150 швартовки, показанной на фиг.1. Сквозные отверстия 216 стержней 210 соседних звеньев 155 совмещены и в них установлена ось. Это обеспечивает поворот звеньев 155 друг относительно друга.

На фиг.3В представлен общий вид звеньев 155 из стержней с проушинами, показанных на фиг.3А. На этом чертеже соседние звенья 155 изображены в разобранном состоянии. Можно видеть, что каждое звено 155 может включать два или даже три стержня 210 с проушинами. Использование нескольких стержней 210 с проушинами в звене 155 увеличивает растяжение, выдерживаемое швартовочной связью 152. Согласно одному из аспектов, каждое звено 155 включает от трех до восьми стержней 210 с проушинами. Число используемых стержней 210 с проушинами будет зависеть от таких факторов, как площадь поперечного сечения отдельных стержней 210 и требуемая способность к удержанию в заданной точке. Добавление стержней 210 с проушинами может увеличить растяжение, выдерживаемое связью, например, до 600×10⁶ Н.

Чтобы получить швартовочную связь 152, отдельные стержни 210 звена 155 располагают параллельно. Сквозные отверстия 216 стержней 210 совмещают. После чего в сквозные отверстия 216 параллельных стержней 210 устанавливают оси 220. Оси 220, которые могут быть использованы для соединения звеньев 155 швартовочной связи 152, показаны вынутыми из отверстий в стержнях 210.

Как уже отмечалось, швартовочные связи 152 соединяют вторым концом с соответствующими якорями 160. Фиг.4А представляет собой вид сбоку иллюстративного якоря 160, который может быть использован в системе 150 швартовки, показанной на фиг.1. Фиг.4В представляет собой вид сверху якоря 160, показанного на фиг.4А. На фиг.4А и 4В показано, что якорь 160 содержит совокупность отдельных элементов 164 в виде свай. Сваи 164 в предпочтительном случае выполнены с возможностью их закрепления на морском дне 54 путем забивания, за счет всасывания или любым другим образом, известным в данной области техники.

Сваи 164 соединены посредством рамной конструкции 162. Рамная конструкция 162 в предпочтительном случае представляет собой решетчатую ферму из стальных элементов, присоединенных к сваям 164 и сваренных вместе. Рамная конструкция позволяет присоединять швартовочную связь 152 к якорю 160 в различных местах этого якоря. Это, в свою очередь, позволяет учитывать длину отдельной швартовочной связи 152 в системе 150 швартовки.

Якорь 160 из свай с всасыванием способен противостоять растяжению швартовочной связи 152 за счет действующих на него сил трения и гидростатического давления. Так как требования к размерам якоря 160 из одной сваи с всасыванием могут создать проблемы при его изготовлении и установке, требуемую стойкость к растяжению может обеспечить группа из свай меньшего размера, размещенных в виде упорядоченной структуры, как показано на фиг.4А и 4В. Конкретное число, диаметр, глубина проникновения в грунт и интервал между сваями зависят от конкретного варианта применения.

Вариант якоря 160, показанный на фиг.4А и 4В, не является единственно возможным вариантом. Фиг.5А представляет собой вид сбоку якоря 560, который может быть использован в системе швартовки, показанной на фиг.1, в альтернативном варианте реализации настоящего изобретения. Фиг.5В представляет собой общий вид якоря, показанного на фиг.5А. В данном случае якорь 560 представляет собой блок 562, удерживаемый на морском дне 54 за счет силы тяжести.

Блок 562 в предпочтительном случае изготовлен из бетона, который усилен стальной арматурой. Блок, формирующий якорь 560, может иметь, например, длину 100 метров, ширину 100 метров и толщину 44 метра. Разумеется, можно использовать и другие габариты. Якорь 560 на основе силы тяжести противостоит растяжению швартовочной связи 152 благодаря своему весу. Вес обеспечивает сопротивление вертикальному компоненту растяжения, возникающего внутри швартовочной связи 152. В то же время вес обеспечивает сопротивление горизонтальному компоненту растяжения за счет трения.

На фиг.5А и 5В можно видеть, что на верхней поверхности 564 якоря 560 имеется шарнирный соединительный элемент 158. Соединительный элеме