СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Настоящее изобретение относится к соединительному устройству для стыковки и соединения на морском дне первого и второго трубопроводов, соответствующие трубные концы которых находятся на месте соединения, содержащему:

первый соединительный узел, удерживающий конец первого трубопровода и содержащий направляющую конструкцию, которая находится на расстоянии от конца трубопровода, при этом первый соединительный узел и первый трубопровод предназначены для опускания и укладки на морском дне заблаговременно, и

второй погружаемый соединительный узел, удерживающий конец второго трубопровода и содержащий направляющие средства, которые находятся на расстоянии от конца трубопровода, при этом второй соединительный узел и второй трубопровод предназначены для опускания с поверхности воды к первому соединительному узлу.

Среди известных устройств такой тип соединительного устройства обычно называют «направить и шарнирно повернуть», что означает, что одну часть соединительного устройства, которую опускают на морское дно, «направляют» к месту соединения и на самом последнем этапе «шарнирно поворачивают», чтобы установить соосно соединяемые концы трубопроводов. Такую часть соединительного устройства прикрепляют на конце трубопровода, который опускают с поверхности в различных положениях, от вертикального до горизонтального.

Более ранний вариант соединительного устройства такого типа описан в норвежском патенте №316939 тех же правообладателей, что и данное изобретение.

Предлагаемое решение позволяет значительно снизить затраты. Затраты на одну операцию соединения традиционным способом с использованием систем обеспечения с дистанционно управляемыми аппаратами, таких как RTS, RovCon and Icarus, составляют 3 - 500000,00 норвежских крон (US$ 50-90.000) на одно соединение. При полномасштабной разработке месторождения общие затраты на оборудование для соединения двух трубопровода и вспомогательное оборудование могут составлять 10-30 миллионов норвежских крон, в зависимости от количества выполненных соединений. Кроме того, существует отдельная проблема доступности оборудования, поскольку большинство подрядчиков имеют в своем распоряжении только 2-3 комплекта готового к работе оборудования.

Предлагаемое устройство представляет собой прочную недорогую конструкцию, которая может быть покупным изделием, а не взятым в аренду, как в случае использования устройств на базе дистанционно управляемых аппаратов. Поэтому нефтедобывающая фирма может закупить нужное количество комплектов соединительных устройств и при необходимости запасные комплекты по сравнительно умеренной цене, при этом, чтобы гарантировать выполнение предстоящих работ, не требуется специальной технологической подготовки.

Предлагаемое соединительное устройство обеспечивает следующие преимущества:

а) значительно меньше затраты на оборудование;

б) нет необходимости транспортировки RTS оборудования, следовательно, уменьшение транспортных расходов;

в) возможность использования находящегося в эксплуатации оборудования, которое больше не производится;

г) по существу не требуется места для складирования на борту судов обеспечения;

д) меньше время простоя благодаря простоте конструкции;

е) невысокая стоимость, что позволяет иметь резерв укомплектованных запасных узлов, следовательно, не терять время на ожидание поломанного оборудования из ремонта;

ж) меньше стоимость эксплуатации, поскольку требуется всего несколько операторов; в бригаде может быть только по одному руководителю на смену;

з) значительно меньше объем текущего ремонта/технического обслуживания;

и) хорошая совместимость с судном и дистанционно управляемым аппаратом;

к) совместимость комплекта оборудования с дистанционно управляемым аппаратом практически к любой системы;

л) трубные переходники находятся непосредственно внутри соответствующего устройства. Исключаются грузоподъемные работы.

м) требуется немного запасных частей;

н) в аварийной ситуации возможна срочная доставка (грузовой авиацией);

о) меньше вес узлов и объем погрузо-разгрузочных работ.

Соединительному устройству свойственны следующие недостатки:

а) в отличие от систем с дистанционно управляемыми аппаратами, которые автономны, на данное устройство через судно будет воздействовать волнение моря. Поэтому труднее ввести направляющую систему. Однако на мелководье для лучшего управления можно использовать направляющий трос.

б) для облегчения размещения соединения на морском дне требуется определенная подготовка (обычно выполняемая посредством использования опорной плиты для бурения)

в) при использовании соединительной системы RTS типа обычно предварительно на морском дне устанавливают буровые штанги. Чтобы избежать больших усилий на инструмент при осуществлении соединения, позиционирование соединяемых концов должно быть выполнено достаточно точно. При использовании системы типа «направить и шарнирно повернуть» буровая штанга находится непосредственно в направляющей системе на соответствующей конструкции. Точность позиционирования, требуемая для наведения направляющей системы, примерно такая же, как точность, требуемая для установки буровой штанги для RTS. Поэтому это можно не считать значительным недостатком.

Предлагаемое соединительное устройство указанного типа отличается тем, что соединительные узлы содержат средства, которые взаимодействуют при их движении друг относительно друга и в результате принудительного движения шарнирно наклоняют второй соединительный узел, устанавливая второй трубный конец соосно с первым трубным концом, так что первый и второй трубопроводы укладываются соосно на морском дне, при этом между соединительными узлами находится соединитель для окончательного соединения концов трубопроводов друг с другом.

Направляющая конструкция может быть выполнена в виде направляющей стойки, при желании соединенной направляющим линем с находящимся на поверхности судном, при этом направляющая стойка выполнена с возможностью приема соответствующих направляющих средств, расположенных на втором соединительном узле.

Средства принудительного движения на втором соединительном узле могут представлять собой консольную балку, которая путем скольжения взаимодействует с рамой на первом соединительном узле и в результате поворачивает второй соединительный узел и тем самым трубный конец, обеспечивая соосность установки трубопроводов.

Средствами принудительного движения на втором соединительном узле могут быть направляющие средства, жестко соединенные с консольной балкой, которая путем скольжения взаимодействует с рамой.

Средства принудительного движения на втором соединительном узле могут быть жестко соединены с трубным концом второго трубопровода через плиту, закрепленную по существу перпендикулярно к центральной оси трубного конца.

Во втором варианте осуществления изобретения направляющая конструкция может быть выполнена в виде выступающей вверх рамы для приема направляющих средств, расположенных на втором соединительном узле.

Во втором варианте осуществления изобретения средства принудительного движения на втором соединительном узле могут содержать консольную перекладину, которая на начальном этапе путем скольжения взаимодействует с выступающей вверх рамой на первом соединительном узле, и когда перекладина полностью входит в часть выступающей вверх рамы и упирается в эту часть, второй соединительный узел, и тем самым его трубный конец, поворачиваются с обеспечением соосности трубопроводов.

Предпочтительно, чтобы средства принудительного движения на втором соединительном узле были жестко соединены с трубным концом второго трубопровода через плиту, закрепленную по существу перпендикулярно к центральной оси трубного конца.

Соединитель может быть частью соединительного устройства и может быть закреплен на втором соединительном узле, который установлен с возможностью перемещения к первому соединительному узлу и от него для позиционирования трубных концов перед их окончательным соединением соединителем.

Соединитель может быть закреплен на первом соединительном узле, а второй соединительный узел может быть выполнен с возможностью перемещения к первому соединительному узлу и от него для позиционирования трубных концов перед их окончательным соединением соединителем.

В еще одном варианте соединитель закреплен на втором соединительном узле, а первый соединительный узел установлен с возможностью перемещения ко второму соединительному узлу и от него для позиционирования трубных концов перед их окончательным соединением соединителем.

В еще одном варианте соединитель закреплен на первом соединительном узле, установленном с возможностью перемещения ко второму соединительному узлу и от него для позиционирования трубных концов перед их окончательным соединением соединителем.

В еще одном варианте соединитель может быть отдельным узлом, который можно опускать вниз между трубными концами после их грубого позиционирования в соосное положение.

По меньшей мере один соединительный узел может содержать ориентирующие средства, которые обеспечивают поворот второго соединительного узла в горизонтальной плоскости для грубой установки второго соединительного узла соосно первому соединительному узлу так, что трубные концы расположены по существу по одной линии до опускания второго соединительного узла по направляющей стойке.

Эти и другие цели, особенности и преимущества изобретения будут понятны из подробного описания предпочтительного варианта его осуществления и чертежей, на которых:

на фиг.1 показан в аксонометрии первый вариант предлагаемого соединительного устройства в процессе стыковки,

на фиг.2 показано сбоку соединительное устройство согласно фиг.1, когда второй соединительный узел частично опущен на первый соединительный узел,

на фиг.3 показано сбоку соединительное устройство согласно фиг.1, когда второй соединительный узел еще больше опущен на первый соединительный узел,

на фиг.4 показано сбоку соединительное устройство согласно фиг.1, когда второй соединительный узел полностью опущен на первый соединительный узел,

на фиг.5 показано сбоку соединительное устройство согласно фиг.1, когда второй соединительный узел придвинут к первому соединительному узлу и устройство готово к приведению в действие соединителя перед окончательным соединением,

на фиг.6 показан в аксонометрии второй вариант предлагаемого соединительного устройства в процессе стыковки,

на фиг.7 показано в аксонометрии соединительное устройство согласно фиг.6, когда второй соединительный узел частично опущен на первый соединительный узел,

на фиг.8 показано в аксонометрии соединительное устройство согласно на фиг.6, когда второй соединительный узел еще больше опущен на первый соединительный узел,

на фиг.9 показано в аксонометрии соединительное устройство согласно фиг.6, когда второй соединительный узел полностью опущен на первый соединительный узел,

на фиг.10 показано в аксонометрии соединительное устройство согласно фиг.6, когда второй соединительный узел придвинут к первому соединительному узлу и устройство готово к приведению в действие соединителя перед окончательным соединением,

на фиг.11-13 показаны в аксонометрии три последовательных этапа стыковки для третьего варианта выполнения соединительного устройства,

на фиг.14-15 показан более подробно соединительный узел, имеющий разъемное шарнирное соединение.

Согласно фиг.1-5 соединительное устройство 10 состоит из двух основных узлов, первого соединительного узла 1 и второго соединительного узла 2, и соединителя 3 и предназначено для соединения двух трубопроводов. По окончании соединения трубопроводов соединительное устройство остается на морском дне. Трубопроводы могут быть жесткими или гибкими.

В данном варианте соединитель 3 прикреплен ко второму соединительному узлу 2, так что по существу встроен в него. Во втором соединительном узле 2 находится трубный конец 4е второго трубопровода 4. Трубный конец 4е прикреплен к жесткой и прочной плите 5, к которой также прикреплен соединитель 3. Плита 5 расположена по существу перпендикулярно к центральной оси трубного конца 4е.

Соединительный узел 2 имеет средства принудительного движения в виде консольной балки 6, жестко соединенной с плитой 5. Балка 6 расположена на расстоянии от трубного конца 4е по существу параллельно его центральной оси. На балке 6 находятся направляющие средства в виде воронки 7 или подобного элемента. Кроме основной функции, такие средства 7 могут служить для направления по направляющему линю 13 или тросу, соединенному с находящимся на поверхности воды судном (не показано). Строго говоря, наличие направляющего линя не обязательно. Это зависит от глубины моря и от погодных условий, таких как сила ветра и волнение моря. Кроме того, средства 7 на балке могут быть прикреплены к плите 5 разъемно и, следовательно, могут быть подняты на поверхность после установки. Целесообразность этого в каждом случае определяется стоимостью.

В первом соединительном узле 1 находится трубный конец 8е первого трубопровода (не показан). Трубный конец 8е прикреплен к жесткой и прочной плите 9, прикрепленной, в свою очередь, к жесткой и прочной раме 11. Плита 9 расположена перпендикулярно к продольному размеру рамы 11 и центральной оси трубного конца 8е. Первый соединительный узел 1, который жестко удерживает трубный конец 8е первого трубопровода, содержит выступающую вверх направляющую конструкцию в виде направляющей стойки 12, расположенной на расстоянии от трубного конца 8е и прикрепленной к раме 11. Направляющая стойка 12 расположена по существу вертикально и параллельно плоскости плиты 9. Направляющий линь 13 или трос прикреплен к находящемуся на поверхности судну (не показано).

На фиг.2-5 представлена последовательность опускания второго соединительного узла 2 к первому соединительному узлу 1. На фиг.2 показано положение, когда второй соединительный узел 2 стыкуется с первым соединительным узлом 1 так, что воронка 7 начинает надеваться на верхнюю часть направляющей стойки 12.

На фиг.3 показано положение, когда второй соединительный узел 2 касается рамы 11 на первом соединительном узле 1. Воронку 7 опускают по направляющей стойке 12 почти до конца. Консольная балка 6, находясь в наклонном положении, касается рамы 11 сначала своим наружным концом 6е. В результате дальнейшего опускания воронки 7 балка 6 при своем скольжении взаимодействует с рамой 11 первого соединительного узла 1. Отверстие воронки 7 больше диаметра стойки 12, что позволяет воронке 7 свободно двигаться по стойке 12. При дальнейшем скользящем взаимодействии между балкой 6 и рамой 11 второй соединительный узел 2 поворачивается и, соответственно, поворачивается трубный конец. Когда балка 6 ложится параллельно раме 11, как показано на фиг.4, трубные концы и, следовательно, трубопроводы будут выравнены.

На фиг.5 показано, что на предпоследнем этапе второй соединительный узел 2 придвигается к трубному концу 8е первого трубопровода. На последнем этапе приводят в действие соединитель 3 и выполняют окончательное соединение трубных концов 4е и 8е.

В рассмотренном варианте соединитель 3 встроен во второй соединительный узла 2, но он может быть встроен в первый соединительный узел 1.

Соединитель 3 может также представлять собой отдельный узел, который устанавливают после того, как концы труб выровнены и установлены рядом друг с другом.

На фиг.6-10 изображен второй вариант предлагаемого соединительного устройства 20, детали которого, аналогичные деталям первого варианта устройства, обозначены теми же цифровыми позициями с индексом. Как и в первом варианте, соединительное устройство 20 состоит из двух основных узлов, первого соединительного узла 1' и второго соединительного узла 2', и соединителя 3' и предназначено для нахождения на морском дне после окончания операции соединения двух трубопроводов, которые могут быть жесткими или гибкими.

Соединитель 3' прикреплен ко второму соединительному узлу 2' и по существу встроен в него. Второй соединительный узел 2' также включает трубный конец 4'е второго трубопровода (не показан). Трубный конец 4'е прикреплен к жесткой и прочной плите 5', к которой также прикреплен соединитель 3'. Плита 5' расположена по существу перпендикулярно к центральной оси трубного конца 4'е.

Соединительный узел 2' имеет средства принудительного движения в виде консольной перекладины 21, жестко соединенной с плитой 5'. Перекладина 21 расположена на расстоянии от трубного конца 4'е под углом к его центральной оси. Перекладина 21 образует направляющее средство на первом этапе стыковки.

Первый соединительный узел 1' содержит трубный конец 8'е первого трубопровода (не показан). Трубный конец 8'е прикреплен к жесткой и прочной плите 9', которая, в свою очередь, прикреплена к жесткой прочной раме 11'. Плита 9' расположена по существу перпендикулярно к раме 11' и центральной оси трубного конца 8'е.

Первый соединительный узел 1', который жестко удерживает трубный конец 8'е первого трубопровода, содержит направляющую конструкцию в виде выступающей вверх рамы 22, выполненной с возможностью приема перекладины 21, предусмотренной на втором соединительном узле 2', своей верхней частью 22а.

Рама 22 прикреплена к раме 11' на расстоянии от трубного конца 8'е и расположена по существу вертикально и параллельно плоскости плиты 9'. Ферма 22 имеет по существу горизонтальное плечо 22b, имеющее продолжение 22с, которое расположено по существу вертикально и параллельно выступающей вверх верхней части 22а рамы 22. От продолжения 22с отходит наружу наклонная часть 22а, которая может иметь средства 23 крепления к подводной установке.

На фиг.7-10 представлена последовательность опускания второго соединительного узла 2' к первому соединительному узлу 1'. На фиг.7 показано положение, когда второй соединительный узел 2' входит в первый соединительный узел 1' вследствие того, что перекладина 21 направляется за верхнюю часть 22а выступающей вверх рамы 22. На фиг.7 соответствует моменту, когда второй соединительный узел 2' упирается в первый соединительный узел 1'. Перекладина 21 направляется почти до плеча 22b рамы 22. Первым касается плеча 22b наружный конец 21е перекладины 21. При дальнейшем опускании второго соединительного узла 2' перекладина 21 взаимодействует с рамой 22 первого соединительного узла 1'. По мере опускания второго соединительного узла 2' он и трубный конец поворачиваются вокруг точки плеча 22b. Это хорошо видно на фиг.8. Когда перекладина повернулась до конца вниз, как показано на фиг.9, трубные концы 4'е, 8'е и, следовательно, трубопроводы 4', 8' выравниваются, устанавливаясь соосно.

На фиг.10 показано, что на предпоследнем этапе второй соединительный узел 2' можно переместить к трубному концу 8'е первого трубопровода. На последнем этапе приводят в действие соединитель 3' и выполняют окончательное соединение трубных концов 4'е и 8'е. Это может осуществляться, например, посредством дистанционно управляемого аппарата, снабженного инструментом, который может поворачивать четырехгранник 24 на соединителе 3' для затягивания последнего известным образом.

В данном варианте выполнения устройства соединитель 3' встроен во второй соединительный узел 2', но он может быть встроен в первый соединительный узел 1'.

Соединитель 3' может быть выполнен как отдельный узел, который устанавливают по окончании выравнивания трубных концов и установки их рядом друг с другом.

На фиг.11-15 показан третий вариант выполнения соединительного устройства 30 с двумя направляющими линями 31, предназначенный в основном для гибких трубопроводов. Его можно рассматривать как разновидность варианта, показанного на фиг.1-5. Детали, аналогичные деталям соединительного устройства согласно первому варианту выполнения, обозначены теми же цифровыми позициями с индексом “.

Соединительное устройство 30, как и в предыдущих вариантах, состоит из двух основных узлов: первого соединительного узла 1" и второго соединительного узла 2", и соединителя 3". Все соединительное устройство 30 предназначено для нахождения на морском дне после окончания операции соединения двух трубопроводов, как правило гибких.

Соединитель 3" прикреплен ко второму соединительному узлу 2", т.е. по существу встроен в него. Второй соединительный узел 2" также включает трубный конец 4"е второго трубопровода. Трубный конец 4"е прикреплен к жесткой прочной плите 5", к которой также прикреплен соединитель 3" и которая расположена по существу перпендикулярно к центральной оси трубного конца 4"е.

Как хорошо видно на фиг.14 и 15, в этом варианте выполнения второго соединительного узла 2" имеется шарнирная плита 5" и направляющие средства соединены шарнирно. Это обеспечивается с помощью осевых штырей 32. Направляющие средства выполнены в виде направляющих труб 6" и воронок 7". Каждая труба 6" направляется по направляющему линю 31 или тросу, соединенному с находящимся на поверхности моря судном (не показано). Когда второй соединительный узел 2" входит в первый соединительный узел 1", направляющими средствами служат воронки 7".

Первый соединительный узел 1" содержит трубный конец 8"е первого трубопровода 8". Трубный конец 8"е прикреплен к жесткой прочной плите 9", прикрепленной, в свою очередь, к жесткой прочной раме 11". Плита 9" расположена по существу перпендикулярно к продольному размеру рамы 11" и центральной оси трубного конца 8"е. Первый соединительный узел 1", который жестко удерживает первый трубный конец 8"е первого трубопровода 8", содержит две выступающие вверх направляющие конструкции в виде направляющих стоек 12", расположенных на расстоянии от трубного конца 8"е и прикрепленных к раме 11". Направляющие стойки 12" проходят по существу вертикально и параллельно плоскости плиты 9".

Отличие соединительного устройства 30 от соединительного устройства 10 состоит, во-первых, в том, что с поверхности моря вниз к первому соединительному узлу 1" идут два по существу параллельных линя 31. Этот вариант обеспечивает более стабильный процесс соединения и его целесообразно использовать на больших глубинах и в бурных морях.

Во-вторых, плита 5" шарнирно соединена с направляющими средствами 6", 7". В случае гибких трубопроводов и при упомянутых выше условиях соединительный узел 2" и трубопровод 4" будут опускаться на морское дно с судна, находящегося на поверхности моря, по существу вертикально. Когда второй соединительный узел 2" будет находиться недалеко от морского дна и, следовательно, от первого соединительного узла 1", судно может начать свое движение в направлении укладки. По мере движения судна плита 5" с трубным концом 4"е будет постепенно наклоняться, поворачиваясь на шарнирах 32, и трубопровод будет ложиться на морское дно. Направляющие средства 6", 7" удерживаются в вертикальном положении направляющими линями 31 или направляющими стойками 12" в зависимости от того, насколько глубоко опущен второй соединительный узел 2".

В-третьих, направляющие средства 6", 7" прикреплены к плите 5" разъемно, что хорошо видно на фиг.14 и 15. Плита 5" может иметь два выступающих штыря 33, которые проходят сквозь две соответствующие трубчатые детали 34, прикрепленные к направляющим средствам 6", 7". Штыри 33 свободно вставлены в трубчатые детали 34 и зафиксированы шплинтами 35, которые можно вытащить для их разъединения. Таким образом, направляющие средства 6", 7" можно отсоединить и поднять на поверхность для повторного использования. Вопрос в затратах - что дороже: детали или время.