УСТАНОВКА ТРУБОПРОВОДА, УЛОЖЕННОГО ПО ЦЕПНОЙ ЛИНИИ, С ПЛАВУЧЕЙ СИСТЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ Российский патент 2009 года по МПК F16L1/14 F16L1/16 E21B43/13 B63B35/03 

Настоящее изобретение относится к нефтедобыче, в частности к способу установки трубопроводов, уложенных по цепной линии. Углеводороды из глубоководного месторождения (в море с глубины, по меньшей мере, 100 метров) могут добываться с применением ПСН (плавучей системы нефтедобычи), которая несет оборудование для удаления песка, камней, воды и так далее из углеводородов, которые поступают из подводных скважин, хранения углеводородов и, время от времени, разгрузки углеводородов в танкеры. При разработке месторождения трубопроводы помещают на морское дно для соединения ПСН с дополнительными скважинами. Большое месторождение может разрабатываться годами, поскольку бурение и заканчивание скважин прогрессируют. Строительные суда, которые применялись для установки стальной трубы в колонну труб, которая тянется от скважины к ПСН, являются крупногабаритными и дорогими, с эксплуатационными затратами которые могут превышать $200 000 в день. Возникает необходимость в разработке более экономичного способа установки колонны труб между ПСН и множеством колодцев подводных скважин для использования в течение длительного периода времени.

В соответствии с одним вариантом выполнения изобретения обеспечиваются способ и устройство для установки трубопроводов, уложенных по цепной линии, которые протягиваются между ПСН (плавучей системой нефтедобычи) и колодцами подводных скважин, в экономичном исполнении. Способ включает соединение секций труб на ПСН и их, по существу, вертикальный спуск в море для создания колонны труб, составленной из секций труб. В то время как секции труб присоединяют к ближнему концу колонны труб, который находится на ПСН, дальний конец колонны труб, противоположный ближнему, тянут на буксире к колодцу скважины, с которой должна быть соединена колонна труб. Дальний конец колонны труб присоединяют к тросу, который тянется к буксиру. Трос первоначально является длинным и вытягивается в двойную цепную линию, которая посредством буксировочной лебедки тянет дальний конец колонны труб до тех пор, пока колонна труб вытягивается в двойную цепную линию. Буксир движется вперед и продолжает тянуть дальний конец колонны труб; изгиб колонны труб контролируется поддержанием ближнего конца колонны труб под углом к вертикали, который ограничивается интервалом от 3 до 12°.

Когда участок колонны труб достигает морского дна, буксир продолжает тянуть дальний конец колонны труб до тех пор, пока канал труб скользит вдоль морского дна. Угол ближайшего конца колонны поддерживают в пределах ограниченного интервала ступенчатым передвижением буксира каждый раз, когда несколько новых секций труб прибавляют к ближайшему концу колонны. Когда дальний конец колонны труб оказывается близко к предполагаемому колодцу скважины, ПСН погружает ближайший конец глубоко под воду. Буксир тянет дальний конец колонны труб и опускает его, чтобы присоединить к колодцу скважины. Затем ПСН поднимает ближайший конец колонны труб наверх, на ПСН. Это приводит к тому, что угол ближайшего конца колонны увеличивается по сравнению с интервалом 3-12° до 20°, что приводит к возникновению напряжения в полностью установленной колонне труб.

Особенности изобретения детально изложены в прилагаемой формуле изобретения. Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:

Фиг.1 - изометрический вид производственной системы по изобретению, показывающий ПСН, ближний конец колонны труб и буксир.

Фиг.2 - вид сверху производственной системы по фиг.1.

Фиг.3 - вид сбоку производственной системы по фиг.1, показывающий буксир и колонну труб в четырех различных положениях в процессе установки.

Фиг.4 - вид сбоку производственной системы по фиг.3, показывающий систему в четырех более поздних положениях в процессе установки канала труб.

Фиг.5 - вид сбоку ПСН по фиг.3 на конечных стадиях установки колонны труб.

Фиг.1 иллюстрирует систему добычи углеводородов 10, которая включает ПСН 12 и имеет корпус судна 14, который закреплен на месте с помощью множества причальных концов 16. J-образная вышка 22 установлена с одной стороны корпуса 24. J-образная вышка направлена вверх от корпуса. J-образная вышка содержит лебедку 25, которая сконструирована для поддержания длинной секции из труб 21, при этом ось 23 каждой секции труб является, по большей части, вертикальной, так как нижний конец присоединен к верхнему концу последней секции труб. Следующее описание установки канала труб предполагает применение стальных труб диаметром 10 дюймов и длиной от 24 до 37 метров. Секции канала труб могут иметь общую длину 1000 метров или более, таким образом, большое число секций труб может соединяться в серии для создания канала труб, который после его установки традиционно называется трубопроводом.

На фиг.1 показано буксировочное судно 30, которое применяется для перемещения канала труб при установке. Буксировочное судно или буксир - динамически расположенное судно с GPS (глобальная система определения местоположения); таким образом буксир может поддерживать свое заданное положение и может быть передвинут в любом направлении по морской поверхности. Буксировочное судно имеет моторную лебедку 32, которая позволяет травить и вытягивать буксировочный канат 34, который является стальным тросом. ПСН содержит технологическое оборудование 40 для удаления песка и воды из углеводородов, с портами 42 для получения углеводородов из установленных колонн труб или трубопроводов. На фиг.2 показано, что ПСН может присоединяться к большому числу колонн труб или трубопроводов 44, каждый из которых протянут к различным колодцам скважин 46, которые связаны со скважинами в подводном резервуаре 50.

На фиг.3 показаны четыре различные стадии установки трубопровода. На первой стадии задняя часть буксира находится в позиции А и первая секция трубы 52 опущена с J-образной вышки 22, при этом следующая секция трубы 54 присоединена. Верхний конец первой секции труб рассматривают как ближний конец 56 колонны труб (в данный момент содержащую одну трубу). Буксировочный трос 34, разматывающийся назад по часовой стрелке с буксира, растягивается в двойную цепную линию 60 (участок 62 вытягивается с наклоном вперед-вниз и участок 64 вытягивается с наклоном вперед-вверх), которая идет к нижнему концу первой секции трубы 52. Задний конец буксировочного троса присоединен к передней части или дальнему концу колонны труб посредством соединителя 65. По мере присоединения к первой секции секций труб одной за другой буксир с помощью лебедки 32 растягивает трос таким образом, чтобы колонна труб постепенно вытягивалась вдоль линии 66 и удлиняла главную линию до тех пор пока секция 68В колонны труб не вытянется в двойную цепную линию, когда буксир находится в позиции В. Каждый участок колонны труб может называться колонной труб, поскольку он включает колонну труб, или может называться участком колонны труб, так как является участком конечной, более длинной колонны труб или трубопровода.

В процессе удлинения колонны труб посредством присоединения дополнительных секций труб контролируют ориентацию участка колонны труб, которая протянута вниз с ПСН, точным мониторингом угла развертывания или угла 70 ближнего конца колонны труб. Угол 70 поддерживают в заранее определенном интервале от, примерно, 3 до 12° (от 2 до 15°) по отношению к вертикальной линии 72. Угол 70 у ближайшего конца может быть определен как угол колонны труб под ПСН или средний угол двух верхних участков труб, которые находятся ниже J-образной вышки, или как угол на глубине 50 метров от морской поверхности и на близком расстоянии к ПСН.

Когда буксировочный трос 34 значительно укорачивается в позиции буксира В и секции труб прибавляются, буксир ступенчато передвигается вперед и поддерживается в стационарной позиции между стадиями. К этому времени в позиции буксира В соединитель 65, который находится в задней части буксировочного троса, располагается с наклоном вперед-вверх. При добавлении подходящих секций труб угол 70 при ближнем конце уменьшается до нижней границы 3°, буксир передвигается вперед в (позицию) F и угол при ближнем конце увеличивается до 10-12°. Затем буксир поддерживается в этой позиции, пока не прибавляются дополнительные секции и угол не уменьшается до 6°, после чего буксир опять передвигают. Фиг.3 показывает буксир в позициях В и С с буксировочным тросом 34 одинаковой длины и с участками колонны труб 68В и 68С, значительно большими по длине, чем дополнительные секции труб, которые прибавили. В конце трубопровод является достаточно длинным по сравнению с глубиной моря, затем буксир достигает позиции D, в которой участок колонны труб 68D является частью 74, которая лежит на морском дне 76. Буксир продолжает двигаться вперед ступенчато, пока секции труб присоединяются друг к другу, при этом средняя часть 74 колонны труб скользит по дну моря. Дно моря обследуют для того, чтобы удостовериться, что часть колонны труб не будет повреждена на дне моря.

Согласно одному способу установки, который заявитель разработал для 10-дюймовой стальной трубы, буксир первоначально находится в позиции А (фиг.3), которая находится в 300 метрах перед ПСН 12, с 750 метровым тросом 34, протянутым на ПСН. Колонна из труб удлиняется по мере прибавления секций труб, буксир вытягивает эту колонну из труб и затем передвигается вперед ступенчато, по мере прибавления секций труб между ступенями. Для большинства систем потребуются сотни метров буксировочного троса.

На фиг.4 показан буксир при его постепенном движении вперед через позиции Е, F и G до тех пор, пока он не достигает позиции Н. Затем с помощью лебедки буксировочный трос 34 вытягивают таким образом, чтобы соединитель 65 находился на небольшой глубине. К дальнему концу колонны из труб присоединяют конец для нефтепровода 80 и колонну погружают на дно моря для соединения с соединителем 82 на платформе 84 колодца скважины 86 на дне моря, которую предварительно устанавливают. Для погружения конца нефтепровода в колодец скважины и для присоединения (колодца скважины и нефтепровода) обычно применяют транспортное средство с дистанционным управлением.

Перед вытягиванием дальнего конца колонны труб, который поддерживается буксиром в позиции G и Н, проводят ряд манипуляций с ближайшим концом колонны 56 (фиг.5) на ПСН 12. Фиг.5 показывает, что трос 90 соединен с лебедочным механизмом, таким как лебедка на J-образной вышке или с отдельной лебедкой, и к ближнему концу 56 колонны труб и с помощью лебедки погружают ближний конец на множество метров (на глубину более 10 метров) ниже ПСН до позиции 56А. После этого дальний конец колонны вытягивают далее вперед и используют лебедку для того, чтобы поднять ближний конец колонны 56А до палубы ПСН и соединить ближний конец с портом 42, принимающим углеводороды (фиг.1). Подъем ближнего конца колонны таким образом, чтобы часть ближнего конца располагалась в позиции 62А, увеличивает угол 70 ближнего конца (фиг.5) от, примерно, 6° до, примерно, 20° (15-28°). При расположении ближнего конца в позиции 62А колонна труб, которая теперь является частью трубопровода, вытягивается под таким большим углом, что напряжение в ближней части 62А трубопровода сильно возрастает. Это высокое напряжение предотвращает перекашивание ближнего конца 62А трубопровода при сжатии в случае шторма.

Фиг.1 показывает, что ПСН имеет множество каналов, которые образуют соединители 100, каждый из которых направляет колонну труб в ее нисходящем направлении в море. Для каждой колонны или трубопровода применяют отдельные соединители, чтобы предотвратить истирание колонн друг об друга. Однажды может потребоваться протянуть колонну 44А (фиг.2) к устью скважины, например 46А, при одном доступном канале 100А, расположенном таким образом, что любая колонна, выходящая из 100А, должна пересечь другие колонны 44В (как показано на виде сверху фиг.2). Это может быть произведено в нормальном режиме, при этом буксир протягивает новую колонну 44А под существующую колонну 44В, которую необходимо пересечь. Ближний конец новой колонны 44А в процессе установки поддерживают под углом от 3 до 12°. В конце установки часть ближнего конца нового трубопровода вытягивают в соединитель 100, что предотвращает пересечение колонн и вытягивание новой колонны под тем же углом 20° к вертикали, что приведет к пересечению остальных колонн.

Таким образом, изобретение обеспечивает способ и устройство для экономичной установки трубопроводов между ПСН и колодцами скважин. Способ включает применение буксировочного судна (любое судно, которое может тянуть, рассматривают как буксировочное судно) для протягивания колонны труб (которая после установки станет трубопроводом), в то время как колонну удлиняют прибавлением дополнительных секций труб к ближнему концу колонны. Сгибание колонны контролируют вытягиванием дальнего конца колонны таким образом, чтобы ближний конец изгибался под углом к вертикали, при этом угол поддерживают в заранее определенном интервале, который предпочтительно является интервалом от 3 до 15°. Буксир первоначально вытягивает достаточно длинный буксировочный трос с задней стороны буксира таким образом, чтобы образовалась двойная цепная линия с дальним концом короткой колонны труб. Буксир находится в постоянной позиции, и буксировочный трос вытягивают вперед к буксиру в процессе удлинения колонны труб до тех пор, пока колонна не вытягивается в двойную подвесную дугу и, предпочтительно, вытягивается на большую часть дистанции вдоль переднего участка двойной цепной линии. После этого буксир ступенчато передвигается вперед и останавливается между стадиями; в моменты остановок устанавливаются дополнительные секции труб. Движение буксира и прибавление секций труб контролируют таким образом, чтобы угол ближнего конца колонны оставался внутри заранее определенного интервала. В конце ближний конец колонны погружают в море ниже ПСН, дальний конец вытягивают и ближний конец поднимают для увеличения угла ближнего конца.

Хотя конкретные варианты выполнения изобретения были описаны и проиллюстрированы в работе, для специалистов в данной области будет очевидно, что могут возникать модификации и вариации, охватываемые формулой изобретения.

Секции труб (52, 54) соединяют последовательно, при поддержании их в вертикальном положении по отношению к плавучему средству (12), для формирования участка колонны (68В - 68D), который погружают в море так, что ближний конец (56) участка расположен на плавучем средстве. Буксирующим судном (30) посредством укорачивания протянутого с лебедки буксировочного троса (34), состыкованного с дальним концом (65) колонны, вытягивают ее участок по двойной цепной линии. Когда дальний конец колонны располагается недалеко от одного из колодцев подводных скважин нефтяного месторождения, его транспортируют для присоединения к колодцу, используя транспортное средство с дистанционным управлением. В процессе установки напряжение в колонне труб поддерживается на необходимом уровне посредством обеспечения установки участка ближнего конца колонны, который располагается ниже плавучего средства (12), таким образом, что колонна вытягивается под углом (70) к вертикали, который непрерывно находится в заранее определенном интервале от 3 до 12°. Изобретение обеспечивает установку трубопроводов без повреждения участков труб, при одновременном снижении эксплуатационных затрат. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для установки трубопроводов, уложенных по цепной линии (44) посредством их протягивания с плавучей системы нефтедобычи (ПСН) к колодцам множества подводных скважин (146), расположенным на дне моря, согласно которому соединяют секции труб (21, 52, 54) последовательно при поддержании их, в основном, в вертикальном положении по отношению к ПСН (12) и погружают секции труб в море для формирования участка колонны (68В, 68С, 68D), который имеет ближний конец (56) на ПСН и противоположный дальний конец (65) и который неоднократно удлиняют, причем, когда дальний конец колонны располагается недалеко от одного из колодцев скважин, используя транспортное средство с дистанционным управлением, транспортируют дальний конец для присоединения его к одному из колодцев скважин, при этом на упомянутой стадии удлинения стыкуют дальний конец колонны с буксировочным тросом (34) буксирующего судна (30) и вытягивают буксиром дальний конец вперед от ПСН, при этом участок колонны вытягивают по двойной цепной линии от ПСН к буксировочному тросу с буксира, выполняют мониторинг угла (70), который образует участок ближнего конца колонны, который располагается ниже ПСН, по отношению к вертикали, прибавляют секции труб и вытягивают буксировочным судном дальний конец колонны труб для поддержания угла ближнего конца близким по значению к первому заданному углу.

2. Способ по п.1, в котором на стадии удлинения поддерживают угол ближнего конца в интервале от 3 до 12°.

3. Способ по п.1, в котором на стадии удлинения выполняют первоначальное вытягивание посредством лебедки буксировочного судна (25) буксировочного каната заданной длины для присоединения дальнего конца колонны из труб, при этом упомянутая колонна содержит по меньшей мере одну секцию труб и буксировочный трос протянут с буксировочного судна к колонне по двойной цепной линии (60), и затем укорачивают буксировочный трос, при этом колонна вытягивается в двойную цепную линию и буксировочный трос, протянутый от дальнего конца колонны, наклоняется вверх-вперед к буксировочному судну.

4. Способ по п.1, в котором на стадии удлинения выполняют ступенчатое движение вперед буксировочного судна и затем поддерживают буксировочное судно в постоянном географическом расположении, и соединяют секции труб последовательно, при этом буксировочное судно находится в постоянном географическом расположении.

5. Способ по п.1, в котором удлиняют участок колонны для формирования колонны по двойной цепной линии, с расположением средней части (74) на дне моря, и вытягивают дальний конец колонны труб от ПСН посредством буксировочного судна, при этом средняя часть колонны скользит вдоль морского дна.

6. Способ по п.1, в котором погружают ближний конец колонны под воду на глубину до 10 м без присоединения дополнительных секций труб и вытягивают дальний конец посредством буксировочного судна, когда дальний конец колонны располагается на близком расстоянии от колодца скважины, затем последовательно вытягивают ближний конец колонны труб и присоединяют его к порту (42) приема углеводородов - на ПСН, увеличивают угол (70) ближнего конца колонны до значения, превышающего первый заданный угол, тем самым увеличивая напряжение в ближнем конце (62А) участка колонны труб.

7. Способ по п.1, в котором устанавливают первую колонну труб (44В) так, что она проходит от соединителя (100) на ПСН под углом (70), образованным ближним концом и вертикалью, в море к первому устью (86), затем протягивают вторую колонну (44А) от ПСН ко второму устью скважины, при этом колонна проходит поперек первой колонны (44В), при виде сверху, причем вытягивают вторую колонну, при этом располагают участок ближнего конца второй колонны так, чтобы протянутый ниже упомянутый второй канал вытягивался под меньшим углом (70) к вертикали, чем ближний конец упомянутой первой колонны.

8. Устройство для установки трубопроводов, уложенных по цепной линии между ПСН (12) и колодцами множества подводных скважин (86), расположенных на дне моря, содержащее вышку (22), установленную на ПСН, выполненную с возможностью поддерживания секции труб (21), каждая из которых имеет многометровую длину, в основном, вертикально и с возможностью соединения их последовательно с образованием колонн труб и погружения их в море; а также буксировочное судно (30), выполненное в виде судна с динамическим позиционированием и оснащенное GPS, которое содержит лебедку (32) и буксировочный трос (34) длиной несколько сотен метров со стыковкой на конце (65) буксировочного троса с противоположной от буксира стороны, которая присоединена к концу колонны из труб так, что буксировочный трос выполнен с возможностью вытягивания по двойной цепной линии (60) с секцией трубы (52) в процессе первоначального развертывания колонны из труб с буксира, причем буксир выполнен с возможностью поддержания постоянных положений в море, при этом предусмотрена возможность присоединения секций труб к колонне труб.