CN1100698C - 用于为海上的船装载的装置 - Google Patents

Abstract

用于在海中使船加载或卸载的装置，特别是用于与石油和天然气开采有关的操作中，其中，相关的船(10)最好在其船头部分安装有停泊装置(11)。其中包括位于海底(1)的锚装置(3)，以及至少一个用于将锚装置(3)连接到船(10)上的停泊装置(11)上的锚定链(6，8)。最好为吸锚(3)、重力锚或打桩锚的永久锚装置上安装了用于锚定链(6)的旋转装置(5)，浮标体(7)连接到锚定链(6，8)的中间部分。此外，安装了一个连接到旋转装置(5)和船(10)上、用于加载或卸载作业的软管(9)。

Description

用于为海上的船装载的装置

本发明涉及一种用于在海中使船加载或卸载的装置，特别是用于与在石油和天然气开采时相关的操作，其中，相关的船在船头部分安装有停泊装置，并且其中包括位于海底的锚装置，以及至少一个锚定链，用于使锚装置与船上的停泊装置连接。

在海洋石油和天然气开采时，经常有一个问题即在一定条件下，重要的操作比较困难，经常涉及的问题包括：流体在与海底的锚装置连接的管线和停泊的船之间的传输。变化和恶劣的天气情况下，由于风、浪和海流的影响，在这种停泊和实施这些操作时会出现巨大的应力和作用力。这种应力首先能够导致操作中断，在最坏的情况下，能够引起破坏，例如失控的石油排放。本发明主要用于加载操作，但是相应地其也可用于卸载操作，本领域的技术人员将很容易认识到。

在已知的用于相应目的的停泊、加载和卸载背景下，本发明包括新颖的和具体的特征，在权利要求书中对此进行了详细描述。

在通过本发明得到的优点中，特别强调，提到的挑战性操作能够在恶劣的气候下进行，与以前已知的方法和装置相比，在大多数情况下具有较高的安全性和合理性。在这方面，特别应当注意到，按照本发明的装置在停泊和流体传输时可以为弹性或柔性形式，其包括按照在操作过程中出现的应力或作用力调整整个装置。

在下面的描述中，将通过附图对本发明进行更确切的解释，其中：

图1示出了根据本发明的装置的第一实施例的示意图，

图2更详细地用正视图示出了与旋转装置相连的锚，其能够用于按照本发明的装置中，

图3示出了与图2同一装置的正视图，

图4示出了图1的实施例的变例，

图5示出了图1的实施例的装置，但是有两条船合作，

图6以简化的正视图示出了本发明装置的另一个带旋转装置的实施例，

图7以正视图示出了按照本发明的锚装置的第三和优选实施例，

图8示出了图7的实施例的俯视图，并且

图9示出了图7的锚装置分成两部分以便将主要部分撤回海面的情况。

在图中，海底用1表示，海面用2表示。在图1，4和5中，按照本发明的整个装置的大体相应或相似部分和总体配置包括在与停泊情况相关的操作中。在此，首先要提到的是：生产用的船10，其通常运油船(图5中的40)；在海底1的锚3；以及为两部分6和8的锚定链，在其中间部分安装有一个浮标体7，也称做锚链浮标。船10在船头用常用方式安装有一个停泊装置11，在图中没有就此示出更确切的详细情况。

至此，所描述的按照本发明的装置，足以达到船10所需要的停泊要求，并且在这方面，该装置包括上述介绍中已经提到的优点。这种停泊装置的重要特征是锚链浮标7，其最好位于或安装在整个锚链6，8的中间部分。显然，浮标7不必精确地连接到整个锚链长度的正中间，但是有利的是，浮标应该这样定位，即其位置离在锚定装置3处的锚链6的下端的距离与离在停泊装置11的锚链的上端的距离最好合适。

应当选择浮标7的大小，以便在大多数情况或压力下，相邻的锚链部分6和8之间能够保持相当显著的不同夹角。因此，锚链部分6通常将从锚3向上延伸，与锚链部分8从浮标7出来的角度相比，锚链部分6与垂直方向呈明显较小的夹角，当船10被风、浪或海流强烈作用时，锚链6，8比例如图1中示出的要紧，因此浮标7被拉向水的深处，并且锚链部分6和8的夹角能够基本接近180°。在另一种相反的极端情况下，当停泊力最小时，如果锚链部分6的长度比水的深度大，浮标7可以浮出海面2。

当操作在靠近海岸或近海进行时，很可能出现后一种情况。例如在运油船的尾端或类似的地方。当在不平静的水域，例如，深海操作和安装时，作为一个标准，浮标7将完全位于海面以下。这对于浮标及整个装置是很好的位置，因为，当浮标位于深水时，较少受到海面出现的风和波浪的影响。浮标7在各种情况下都在海面以下还有一个重要作用，这样能够保证锚链部分6从锚3向上拉紧，以便没有一部分锚链躺在海底1。

也有一些情况，浮标装置包括一个以上的浮标，但是仍然这样安装，这样在整个锚链的中间部分提供相对有限的偏向部分。这种浮标或浮标装置的主要目的，是在锚链上提供集中的浮力，这样能够使整个停泊装置具有柔性或可弯曲的性能，以减少动态负荷的影响。

这种停泊装置在同时申请的国际专利申请PCT/NO96/000203(我方卷号：INT6165L)中进行了讨论。

除了上面描述的单纯停泊作用外，本发明还包括在锚装置3和船10之间传输流体的作用。因此，在图1中，示出了一个相对柔软的软管9，向上延伸到船10的船头部分，在此提供一个合适的连接装置，其能够与停泊装置11很好地连接。这种装置可以具有已知的样式。在软管9的下部示出了浮力元件9A，在这种情况下提供了三个，但是根据所需要的软管9的形状，浮力元件的数目和大小当然能够变化。浮力元件9A的主要目的是，确保软管9的下部通常一直从海底1抬起。如图1所示，软管9在水中从锚链6，8的下面通过是非常有利的。这样，避免了该装置两个主要部分的任何接触，特别是，这样软管9不被锚链6，8的任何零件损坏。

图2和3更详细地示出了可能的和优选的锚3的样式及相关设备，特别是在锚3顶部的旋转装置5。按照本发明，该部分最好为吸锚，其最好为已知的式样，并且适宜于插进实际海底1下面的松软物质内，以便得到强的锚定效果。因此，在图2和3示出的例子中，吸锚3为一个向下开口的圆柱形。

在锚3的顶部中心，示出了一个固定好的承载元件13，其支撑着实际旋转装置5。该装置有一个带弯管的上部连接元件19，软管9的下端与其连接，例如，通过法兰连接。如图3更详细地示出的那样，下部旋转部分18用于连接两个链部件6A和6B。链部件或部分6A和6B形成所谓吊索的下端，吊索在6C(图1)有一个顶点，以便吊索作为一个整体具有等腰三角形的形状，其底线由臂15A，15B形成。它们从下部旋转元件上悬在两侧，并且能够与旋转部分一起围绕整个锚的中心轴线与旋转装置一起旋转。臂15A和15B有一个共同的水平轴线15C，并且链部分6A和6B分别与15A和15B的外端连接，以便围绕轴线15C枢轴旋转。臂15A，15B的重要目的是，根据经由锚定链6，8传递的来自船10的停泊力的方向，为旋转装置围绕中心垂直轴线旋转运动提供一个足够的扭矩。旋转元件18和19在旋转时是一体的。

在上面描述的装置中，除了围绕垂直轴线旋转外，也可能围绕水平轴线，即轴线15C，做枢轴或关节旋转。除了上面提到的多少具有一些柔性的吊索外，还能够安装一个比较刚性的轭状元件，与锚装置作为整体安装在一起。在吊索和刚性轭的情况下，常用的连接装置和方法都能够用作锚定链的下端。在此，还存在相对永久连接的问题，或一个能够相对容易松开的连接，例如其能够通过ROV操纵。“链止动”型装置有这种可拆卸紧固可能性，其能够自锁，并且众所周知其本身还能够允许操纵或操作。

正如从图2中详细看到的那样，软管9的方向从旋转装置5向外并且向上，与锚定链部分6A相比，与水平方向的夹角较小。除了当如图3所示的软管9从链部分6A和6B的中心出来，软管9通过与锚定链的任何部分接触而造成损坏的危险很小。

特别是，当巨大的力出现并且作用到结构上时，当安装在海底1时，按照本发明有利的是，用于臂15A和15B端部的锚定链的连接装置比用于软管9的连接元件的水平位置较低。该结构的另一个重要特征是，锚装置的较重要的零件能够撤回海面以便保养、维修或更换。在图2中的20上，示出了一个分界线或面，示出了如何能够将实际吸锚3从其他零件，即，承载元件和旋转装置上分开；在此，承载元件，通过例如可拆开的螺栓连接，能够连接到吸锚3的顶部。在这些可撤回零件被提升前，管线14的连接也应当被松开和可能插入。

作为一个可能性，但不是优选的情况，在此以9X示出了软管的方向，从旋转装置5的中心直接向上，这就意味着，在水中这种软管有较高的地方，将不得不跨过或通过锚定链6，8。通常这不是一个有利的方法。于是，图2示出了一个与锚装置3连接的、用于供应例如开采的流体，比如碳氢化合物的管线14，即，用于旋转装置5的静止承载元件13。

图4示出了图1装置的一个改进装置，其中，在图4中，传输管28，29没有其自己的浮力元件，而是悬吊在链浮标7上。由于软管部分28和29的长度分别比相应的锚定链部分6和8长一些，通常软管将在锚定链下面相当的距离在水中通过。在该实施例中，显然应当限定浮标7的尺寸，以便使其浮力比图1的实施例中的大一些。与图1相比，可以认为图4的系统作为一个更完整、一致的系统工作，在变化的天气条件下，当船10围绕锚定点运动时，其能够更好地保持控制。例如考虑到较小或较大的水深变化的海流，这种装置是比较有利的。

当如上所述，在浮标7上悬吊软管28，29时，设置一个支撑结或类似物，以便使软管的悬吊部分有一定的，不太小的曲率半径是比较有利的，以便使软管在该部分不产生过度弯曲或拉应力。此处的另一个可能性是，在浮标上的悬吊能够通过一个多少有些弹性的元件进行，因此软管28，29相对于浮标7只受到相对软的或缓冲的运动。

图5的装置在很大程度上以根据本发明的系统为基础，与图1的实施例的原理一样，但是在图5中，与浮力元件38A下部连接的排出软管39，其上端连接到船40的中部41上。装置41为常用的连接装置，例如所谓的歧管。

需要对图5所示的操作装置进行说明的是运油船40，其能够具有较大的容量，例如其可以与运油船或驳船50合作，由此流体载荷能够通过一个软管连接49从船40的尾部传输到船50的船头，同时作为锚定物44连接在两条船之间。在船上分别以45和55示出的装置组元，可以为众所周知的样式，分别用于软管连接49和锚定物44。

在图6中以简化方式示出的锚装置的实施例中，包括图2和3中的吸锚63，但是，在此也能够使用以其他锚定原理为依据的实际锚部分，例如以前提到的重力锚或打桩锚。在实际锚部分63的顶部，示出了一个框架或平板64用于支撑旋转装置60。在此有一个旋转轴线60X，最好也为吸锚63的中心线。在这种情况下，实际流体旋转体65正好位于平板上方，用于安装流体连接，通过一个连接器62A与从在海底1的没有示出的水下装置上伸出的管线连接。通过平板64和旋转体65，流体连接穿过受力锚定元件61，受力锚定元件61形成旋转装置60的上部。因此，在62B示出了一个连接法兰或类似物，用于连接能够延伸到海面的柔性软管，例如图1中的软管9。

锚定元件61的突出部分61A上，安装着一个或几个连接元件66A，用于连接锚定链或与锚定链连接的轭或类似物。在这种情况下，轭或吊索作为锚定链的最下面的延伸部分，其上面可以设置与连接元件66A连接的装置，用于使轭或吊索上的两个臂上的力相等。

此外，考虑到可能出现的较大的力，在元件61的下部安装着一个或多个相对于突出部分61A倾斜的支撑辊67。这些支撑辊能够在平板64的上面滚动。导环68具有倾斜的外形，其安装在支撑辊67的径向外侧，并且在支撑辊的轴向上面，以便保护并且固定辊。有了这种支撑辊保护措施，由于支撑辊距离旋转轴线60X的径向距离相当大，实际流体旋体65能够在很大程度上减轻可能出现的较大的锚定力。在大多数停泊情况下，锚定链66上的停泊力的方向将使支撑辊67向上抵靠在导环68上。因此，导环应当具有较大的尺寸。

图7和8示出了按照本发明的锚装置的一个优选实施例。象图6中的实施例那样，在图7中示出了一个吸锚形式的锚元件73，在其上面按照着一个结实的框架或平板74。在框架或平板上面有一个底座部分77，其可以为平板形，并且支撑着一个安装着实际旋转装置70的支撑架元件或结构78。此外，底座部分77支撑着至少一个连接器79，用于使管线99与在海底1的装置(没有示出)连接。正如可以从图9更详细看到的那样，在顶部平板74上安装着一个或多个导杆75，当底座部分77支撑的结构或元件通过海面的船只取走或放回时，其与底座部分77上的元件相配合。

旋转装置70的中心元件是旋转壳体70A，在其上面安装着可旋转的流体连接，例如通过众所周知的方式。因此，能够在管线99，其为静止的，与弹性软管76之间形成连通，弹性软管能够与海面的船只连接以便通入或卸掉碳氢化合物。在旋转装置70的顶部有一个软管76的连接器元件88。在旋转装置的下方两侧有固定元件81A和81B，通过与两臂80A和80B的枢轴连接与轭80安装在一起。正如图8所示，在此有一个共同的脊80C，用于与锚定链(没有示出)的下端结合。

如图7和8所示，当上面提到的、海面上的船只通过锚定链用锚装置停泊，并且同时用软管连接76传输流体时，在风、浪和海流作用下船的风化(weathering)运动包括这个旋转装置围绕所示垂直轴线的角向运动或旋转；在此最好从水中到水面所有的软管76都在锚定链68下面运动，并且大致其在同一垂直平面。显然，邻近旋转装置70，软管76以及连接器88位于轭80下面的中心，以便在旋转装置70的顶部轭不会接触软管或其连接部分。

在下部区域，即，在与固定元件81A和81B水平或较低的区域，安装着整个结构的结实的枢轴，包括旋转壳体70A，并且该枢轴装置能够接受在可能的情况下来自连接好的流体软管76和锚定链上的力和弯曲运动。

正如图7所示出的那样，轭80也能够围绕位于固定元件82A和82B之间的水平轴线81C上下摆动，轭80包括与轴线81C重合的水平轴销。图7中的100，示出了轭80能够移动的可能的角度范围，角位置80′垂直向上。轭80的这种位置是有好处的，尤其是，上面提到的当撤回或放下锚装置上的重要零件时更是如此，这将在下面结合图9进行解释。

在此描述的系统能够用于，例如，在150-300米深的水中操作。在优选实施例中，例如，在200米深的水中总锚定链的两部分6和8通常分别为160米和200米。

此外，显然在本发明的框架内能够进行各种改进和变化。因此，当说锚3是永久锚时，并不意味着，例如，吸锚或重力锚安装好后应当永久留在海底1。众所周知，即使这种在海底相对固定的装置也能够通过合适的手段和设备移动。在此永久锚装置，表示一个比通常用船携带的并且能够通过其常用绞锚机投入或拖出的常用锚更持久的锚。

如上面描述的该装置的锚装置的安装方法，按照本发明其优点在于，锚悬吊在锚定链或线的端部；锚定链或线位于相关船上的常用绞锚机或卷扬机上，用于使锚降低到海底预定点。

为了描述上面提到的锚装置的重要零件的分离，图9以图7和8的优选实施例作为背景。在图9中，有带顶部平板74的吸锚73、带支撑元件78的底座部分77，而实际旋转装置70只是进行了示意。此外，示出了与带连接器部分99A的管线99分开后的连接器79。导向链95从导杆75延伸到相关的海面船只，用于将带所有携带元件的底座部分77导向到海面，或者相反，用于将该结构的修复后这些零件放回，以便重新安装到带顶部平板74的锚元件73上。在这方面所涉及的操作大体上为常规操作，但是，具体的方法上面进行了解释，即，通过使用相关船上的常规绞锚机和锚链或锚线进行。

在上面提到的降低锚装置的同时，软管或排管6能够从一个辅助船接出。

在图1中示出了吊索的一个顶点6C，其在参考图2和3中也做了解释，但是，显然，顶点6C的位置可以有很大变化，并且顶点可以邻近或者在浮标体或浮标7上。在图2中，当从旋转装置5上出来的软管(以9X表示)靠近垂直方向时，在水中较高的部分，在吊索上可以临时允许软管跨过或通过两部分6A和6B之间的锚定链6。当相对固定好时，这种跨越也可以发生在浮标7附近，在此，软管在这种情况下也可以在该位置悬吊在浮标上。

Claims (19)

1.一种用于在海上为船加载或卸载的装置，特别是用于与石油和天然气开采有关的操作中，这样相关的船(10，40)安装有停泊装置(11)，并且其中包括：位于海底(1)并与海底装置流体连通的锚装置(3)，以及至少一个锚定链(6，8)，用于将所述锚装置(3)连接到船(10)上的所述停泊装置(11)上，其特征在于，该系统包括用作上述锚的永久锚装置，其上安装了用于所述锚定链(6)的旋转装置(5)，锚定链(6，8)的下部(6)设计成具有一个与所述旋转装置(5，18)连接的吊索(6A，6B，6C)；在锚定链(6，8)的中间部分连接一个浮标体(7)，并且软管(9，28，29，39)的下端连接到所述旋转装置(5，19)上，并且其上端适于连接到在所述船(10，40)上的流体连接单元(11，41)上。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，上述永久锚装置是从吸锚(3)、重力锚或打桩锚的一组锚中选出的。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述旋转装置(5，18)包括两个具有外端的悬臂(1SA，15B)，所述吊索的链固定在外端。

4.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述软管(9，39)安装有浮力元件(9A，39A)。

5.按照权利要求1的装置，其特征在于，上述软管分隔成一个以上的软管(28，29)，其中至少一个连接至浮标体，至少一个连接至锚装置，至少一个连接至停泊装置。

6.按照权利要求2的装置，其特征在于，所述软管(9)的下端连接到所述旋转装置(5，19)的中心。

7.按照权利要求6的装置，其特征在于，所述软管(9)在几乎所有锚定情况下从所述旋转装置(5)伸出的角位置，比所述锚定链的下部部分(6，6A，6B)的角位置更水平。

8.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述软管(9，28，29，39)由于其长度和受浮力(7，9A，39A)的结果，适合于在所述锚定链(6，8)下面在水中延伸。

9.按照权利要求3的装置，其特征在于，吊索可围绕悬臂间的轴线(15C)枢轴转动。

10.按照权利要求6的装置，其特征在于，所述软管从吊索链之间的所述旋转装置的中心伸出。

11.一种安装在海底上的锚，用于使轮船或其他船只停泊、加载或卸载，进行与在海上开采石油和天然气有关的活动，该锚包括一个旋转装置(5)，该旋转装置安装有连接元件(15A，15B)，用于与至少一个来自船上的锚定链(6A，6B)连接，其中所述旋转装置的旋转轴线在海底(1)大体是垂直的，以便允许旋转装置在几乎平行于海底的平面内旋转；并且所述旋转装置包括一个用于流体软管(9)的旋转元件(19)和一个与在海底的装置连接的贯穿的流体通路，其中，所述连接元件包括两个悬臂，其具有连接至锚链的外端；一方面下部锚元件(3)、另一方面几乎所有的其他部分，包括所述旋转装置(5，18，19)都通过可拆卸的连接元件可以分开，以便其他部分能够取回到海面进行保养、维修或更换。

12.按照权利要求11的锚，其特征在于，所述连接元件(15A，15B)适合于安装在比所述连接元件(19)在海底的操作位置更低的位置。

13.按照权利要求11的锚，其特征在于，包括一个力传输主元件(61)，该元件具有一个携带有所述连接元件(61A)的径向突出(61A)，并且包括至少有一个与所述主元件连接的支撑辊(67)，该支撑辊基本上位于所述突出(61A)的下面，并适宜于在下部锚元件(63)的顶部(64)处的导轨(68)内滚动。

14.按照权利要求11的锚，其特征在于，包括一个位于实际锚元件(73)顶部(74)上的平板或框架形底座元件(77)，并且最好能够在此处分开；所述底座元件(77)安装有一个用于所述旋转装置(70)的支撑元件(78)；并且所述底座元件(77)带有一个用于连接来自海底装置的管线(99)的连接器(79)。

15.按照权利要求14的锚，其特征在于，所述连接器(79)适合于使所述管线(99)连接和拆开。

16.按照权利要求14的锚，其特征在于，包括一个相对于所述锚元件(73)可旋转地安装的外部旋转壳体(70A)，该壳体带有所述连接元件(88)；和所述旋转壳体(70A)的支耳装置，该支耳装置适于将由于连接的软管(76)以及可能的锚定链所形成的弯曲力，通过所述支撑元件(78)和底座元件(77)传递到所述锚元件(73)上。

17.按照权利要求11的锚，其特征在于，包括一个轭(80)，该轭具有两个臂(80A，80B)，所述臂的外端枢轴连接到位于所述旋转装置(70)两端的所述连接元件(81A，81B)上，而所述臂的另一端适宜连接(80C)到锚定链上。

18.如权利要求11的锚，其特征在于，该锚是从吸锚(3)、重力锚或打桩锚的一组锚中选出的。

19.一种锚的安装方法，其特征在于，在旋转装置(5)上安装连接元件(1SA，15B)，用于与至少一个来自船上的锚定链(6A，6B)连接，由此所述旋转装置的旋转轴线在海底(1)大体是垂直的，所述旋转装置包括一个用于流体软管(9)的旋转元件(19)和一个连接至如权利要求1所述系统中的海底装置的贯穿流体通路，所述锚悬吊在属于相关船上的常用绞锚机或卷扬机的锚定链或线的端部，用于使锚降低到海底预定点。

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