ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКОНЕЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДА, СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО, И ОКОНЕЧНОСТЬ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2010 года по МПК F16L1/26 

Область техники, к которой относится изобретение

В соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения настоящее изобретение относится к опорному устройству в виде платформы для концевого участка трубопровода и соединительной конструкции, содержащей такую платформу, для подводного соединения трубопровода с отрезком трубы, предназначенным для подводного скрепления труб. В соответствии с преамбулой пункта 18 формулы изобретения изобретение также относится к способу подводного соединения трубопровода с отрезком трубы. Согласно преамбуле пункта 23 изобретение также относится к концевому узлу (оконечности) трубопровода.

Уровень техники

Разведка шельфовых месторождений нефти и газа в последние годы направлена на создание подводных установок для обработки и транспортировки нефти и газа. Такие подводные установки идут на замену традиционным платформам, на которых транспортировка нефти и газа осуществляется вверх на платформу для дальнейшей обработки и транспортировки. Развитие подводных систем получения, обработки и транспортирования привело к росту потребности в подводных соединительных устройствах для соединения более длинных трубопроводов, расположенных на морском дне, с так называемым отрезком трубы для скрепления труб без какой-либо помощи со стороны водолазов. Отрезок трубы используется для соединения концевого узла трубопровода с концевой частью трубы подводной установки, например подводной нагнетательной или добывающей скважины. Отрезок трубы предназначен для перекрытия пролета между торцами концевого узла трубопровода и концевой части указанной трубы, чтобы завершить соединение между трубопроводом и указанной трубой. Отрезок трубы оснащен стыковочной втулкой, которая должна сопрягаться с соответствующей стыковочной втулкой трубопровода, предусмотренной на его конце.

Из патентного документа США 4019334А известна конструкция для соединения трубопроводов и способ подводного соединения трубопровода с отрезком трубы для скрепления труб. Согласно этому документу стыковочная втулка отрезка трубы крепится к фундаменту, устроенному на морском дне. Стыковочная втулка трубопровода крепится к узлу цапф и устанавливается на подводный фундамент, при этом втулку опускают вместе с узлом цапф вниз с надводного судна, задавая направление посредством направляющего троса. После того, как стыковочная втулка трубопровода и узел цапф будут опущены на подводный фундамент и закреплены на нем, с надводного судна спускают соединительный аппарат с дистанционным управлением и оперируют с ним, чтобы ввести стыковочную втулку отрезка трубы в соединение со стыковочной втулкой трубопровода, после чего манипулируют соединительным аппаратом, чтобы привести в действие скрепляющее устройство и поджать стыковочную втулку отрезка трубы к стыковочной втулке трубопровода. Соединительный аппарат затем поднимают на надводное судно. Такая известная соединительная конструкция и способ требуют, чтобы отрезок трубы для скрепления труб и подводный фундамент уже были установлены на морском дне перед укладкой на дно трубопровода, при этом концевой участок трубопровода, оснащенный стыковочной втулкой, должен быть закреплен на подводном фундаменте, прежде чем остальная часть трубопровода будет уложена на морское дно. Как следствие, данная соединительная конструкция и способ не подходят для случая присоединения отрезка трубы к трубопроводу, который ранее уже был уложен на морское дно.

Другая соединительная конструкция трубопроводов для подводного присоединения трубопровода к отрезку трубы известна из патентного документа США 6142708А. Согласно этому документу стыковочная втулка трубопровода крепится к спускаемой платформе, которую опускают на морское дно с надводного судна. Стыковочную втулку отрезка трубы закрепляют на соединительном аппарате, который опускают вниз на спускаемую платформу и оставляют на ней в неподвижном состоянии, после чего приводят соединительный аппарат в действие и вводят стыковочную втулку отрезка трубы в соединение с втулкой трубопровода. Втулку трубопровода закрепляют на довольно сложной и громоздкой спускаемой платформе до того, как последнюю опускают на морское дно с надводного судна. Спусковая аппарель и прочее оборудование судна-трубоукладчика должны иметь размеры и быть приспособлены для манипулирования спускаемой платформой и для ее спуска. Это увеличивает стоимость судна-трубоукладчика и снижает число имеющихся судов, пригодных для операций трубоукладки, что сильно увеличивает затраты на проведение работ по укладке трубопроводов.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является осуществление возможности подводного соединения трубопровода с отрезком трубы, предназначенным для скрепления подводного трубопровода (в дальнейшем - отрезок трубы), без необходимости применения какого-либо сложного и/или громоздкого оборудования, которое должно прикрепляться к концевому участку трубопровода перед его спуском в море с надводного судна.

В соответствии с изобретением указанная задача решается посредством опорной платформы для концевого узла трубопровода, характеризующейся признаками пункта 1 формулы изобретения, соединительного устройства, характеризующегося признаками пункта 9 формулы изобретения, и способа, характеризующегося признаками пункта 18 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением опорная платформа для концевого узла трубопровода (в дальнейшем - платформа) выполнена с возможностью установки на ней концевого участка трубопровода в подводном положении путем опускания указанного концевого участка в седло одного или более зажимных устройств платформы и последующего перемещения платформы вдоль концевого участка трубопровода, так что соответствующее седло входит в контакт с центрирующим элементом, закрепленным на концевом участке трубопровода, для фиксации концевого участка трубопровода относительно платформы в осевом и радиальном направлениях. После закрепления концевого участка трубопровода на платформе, с последней можно соединить концевой соединительный механизм, несущий втулку отрезка трубы и скрепляющее устройство, путем опускания указанного механизма для посадки на платформу. После посадки концевого соединительного механизма на платформу может быть произведено фактическое соединение втулки трубопровода с втулкой отрезка трубы путем перемещения относительно друг друга скрепляющего устройства и платформы, чтобы привести втулку трубопровода и втулку отрезка трубы в контакт друг с другом, после чего установленное в необходимое положение скрепляющее устройство приводится в действие, чтобы поджать друг к другу втулку трубопровода и втулку отрезка трубы. Трубопровод целиком может быть уложен на морское дно, прежде чем начинать операции по соединению трубопровода с отрезком трубы. При использовании технического решения, соответствующего настоящему изобретению, нет никакой необходимости присоединять к концевому участку трубопровода какую-либо спускаемую платформу или подобную конструкцию при опускании концевого участка с судна-трубоукладчика, что облегчит операцию укладки трубопровода и позволит вести укладку трубопровода при помощи стандартного судна-трубоукладчика, характеристики которого связаны с размером трубопровода, а не с громоздким оконечным оборудованием. Таким образом, техническое решение, предлагаемое изобретением, снизит требования к судну-трубоукладчику в отношении его оборудования и возможностей оперировать крупногабаритным оборудованием, объединенным с трубопроводом, в сравнении с известными решениями, в которых к концевому участку трубопровода прикрепляется спускаемая платформа или подобный аппарат, прежде чем трубопровод покинет судно-трубоукладчик.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления платформы согласно изобретению седло соответствующего зажимного устройства выполнено с возможностью вхождения в контакт с обладающим вращательной симметрией центрирующим элементом, прикрепленным к концевому участку трубопровода, причем форма седла обеспечивает возможность сопряжения седла с указанным центрирующим элементом. Таким образом, седло соответствующего зажимного устройства может принимать концевой участок трубопровода и захватывать соответствующий центрирующий элемент концевого участка трубопровода независимо от угла разворота концевого участка. Как следствие, угол разворота концевого участка трубопровода не имеет никакого значения во время укладки трубопровода на морское дно и во время последующих операций соединения втулки трубопровода с втулкой отрезка трубы. Таким образом, концевой участок трубопровода можно укладывать на морское дно с произвольным углом разворота, что облегчит операцию укладки трубопровода.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соединительного устройства согласно настоящему изобретению платформа и концевой соединительный механизм снабжены соответствующими центрирующими элементами, выполненными с возможностью вхождения во взаимный контакт при перемещении скрепляющего устройства относительно платформы для центрирования указанных втулок. Таким образом, втулка трубопровода будет автоматически и в достаточной степени сцентрирована с втулкой отрезка трубы, чтобы получилось соответствие дистанции захвата для смыкания скрепляющего устройства, когда производится перемещение втулок (концевых элементов) для приведения их в контакт друг с другом.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления соединительного устройства согласно настоящему изобретению один из агрегатов - платформа или концевой соединительный механизм - снабжены, по меньшей мере, одним центрирующим элементом в виде штыря, предпочтительно копьевидной формы, выполненным с возможностью вхождения в соответствующий центрирующий элемент в виде гнезда, предпочтительно воронкообразной формы, предусмотренный на другом из указанных агрегатов. Это обеспечит соосность выставления так, чтобы взаимно соосное расположение упора/седла позволило выполнить окончательное центрирование и передачу нагрузки.

Дополнительные преимущества, а также полезные отличительные особенности платформы, соединительного устройства и способа в соответствии с настоящим изобретением будут понятны из последующего описания и зависимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение также предлагает концевой узел трубопровода, характеризующийся признаками пункта 23 формулы изобретения. Концевой узел трубопровода выполнен с возможностью обеспечения монтажа концевого участка трубопровода на платформе в подводном положении в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления концевого узла трубопровода согласно настоящему изобретению соответствующий центрирующий элемент обладает вращательной симметрией. Таким образом, угол разворота концевого узла трубопровода не имеет никакого значения во время укладки трубопровода на морское дно и во время последующих операций установки концевого участка трубопровода на платформу. То есть концевой узел трубопровода можно укладывать на морское дно с произвольным углом разворота, что облегчит операцию укладки трубопровода.

Краткое описание чертежей

Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 представляет собой перспективную проекцию платформы, соответствующей настоящему изобретению;

фиг.2 представляет собой перспективную проекцию платформы по фиг.1 и концевого участка трубопровода, подлежащего установке на платформу;

фиг.3-5 представляют собой перспективные проекции платформы и концевого участка трубопровода по фиг.2 на различных этапах установки концевого участка трубопровода на указанную платформу;

фиг.6 представляет собой разрез на виде сверху части зажимного устройства платформы по фиг.1-5 и зафиксированной в нем втулки трубопровода;

фиг.7 представляет собой перспективную проекцию концевого соединительного механизма, предназначенного для совместной работы с платформой по фиг.1-5, и

фиг.8-10 представляют собой перспективные проекции платформы по фиг.1-5 и концевого соединительного механизма по фиг.7 на различных этапах соединения трубопровода с отрезком трубы.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения опорная платформа 1 на полозьях для концевого участка трубопровода. Платформа 1 предназначена для подводной стыковки трубопровода 2 с отрезком трубы, предназначенным для подводного скрепления трубопровода. Платформа 1 должна быть скреплена с концевым участком 2а трубопровода так, чтобы поддерживать стыковочную втулку 2b трубопровода во время ее соединения с соответствующей втулкой отрезка трубы. Платформа 1 по фиг.1 содержит два зажимных устройства 4а, 4b для крепления концевого участка 2а трубопровода и соответствующей стыковочной втулки 2b трубопровода к платформе с заданной ориентацией по отношению к платформе. Зажимные устройства 4а, 4b соответственно оснащены седлами 5а, 5b для приема трубопровода, зев 6а, 6b которых обращен вверх. Концевой участок 2а трубопровода может быть в подводном положении проведен через соответствующий зев 6а, 6b путем опускания в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси трубопровода до соприкосновения с указанными седлами 5а, 5b. Конструкция седла 5а, 5b соответствующего зажимного устройства 4а, 4b позволяет седлу осуществлять захват центрирующего элемента 2с, 2d, который прикреплен к концевому участку 2а трубопровода, путем перемещения платформы 1 вдоль концевого участка трубопровода, опущенного на седла 5а, 5b зажимных устройств 4а, 4b так, чтобы тем самым фиксировать концевой участок 2а трубопровода в осевом и радиальном направлениях относительно зажимных устройств 4а, 4b, а благодаря этому и относительно платформы 1. Платформа 1 содержит раму 7 основания, к которой прикреплены зажимные устройства 4а, 4b. Конструкция рамы 7 позволяет платформе покоиться на морском дне, т.е. платформа 1 может быть поставлена на дно моря на раму 7 основания. Зажимные устройства 4а, 4b установлены на верхней стороне рамы 7 основания, одно позади другого, так что их седла 5а, 5b расположены на одной линии, т.е. оси седел совпадают, позволяя концевому участку 2а трубопровода прямолинейно пройти через седла 5а, 5b обоих зажимных устройств. В показанном примере осуществления изобретения рама 7 основания оборудована буксировочной проушиной 18а, которая позволяет после установки на морское дно тянуть платформу 1, перемещая ее, а также рядом подъемных проушин 18b, предназначенных для опускания платформы 1 на морское дно.

Платформа 1 оборудована средствами 8 фиксации концевого участка трубопровода в осевом направлении по отношению к платформе 1, когда седло 5а, 5b соответствующего зажимного устройства 4а, 4b захватывает для последующей фиксации соответствующий центрирующий элемент 2с, 2d концевого участка трубопровода. В показанном варианте осуществления средства 8 фиксации содержат два перемещаемых запирающих элемента 8а, 8b, предусмотренных на зажимном устройстве 4а, которые должны сцепляться с центрирующим элементом 2с, ближайшим к втулке 2b трубопровода. Данное зажимное устройство 4а в дальнейшем именуется «первым зажимным устройством», в то время как другое зажимное устройство 4b именуется «вторым зажимным устройством». Запирающие элементы 8а, 8b расположены на противоположных сторонах седла 5а первого зажимного устройства 4а и подпружинены в направлении оси седла 5а. Конструкция запирающих элементов 8а, 8b такова, что они захватывают фланец 2е (фиг.6), который предусмотрен на концевом участке трубопровода и неподвижно закреплен относительно стыковочной втулки 2b трубопровода, при этом запирающие элементы фиксируют концевой участок 2а трубопровода и стыковочную втулку 2b трубопровода относительно первого зажимного устройства 4а и тем самым относительно платформы 1 в заданном осевом положении. В показанном варианте осуществления соответствующий запирающий элемент 8а, 8b имеет возможность перемещаться, захватывая и отпуская указанный фланец 2е. На фиг.6 один из запирающих элементов 8а показан в выдвинутом, запирающем положении, и в данном положении фланец 2е зафиксирован на месте между запирающим элементом 8а и упором 9 первого зажимного устройства 4а, в то время как второй запирающий элемент 8b показан в убранном положении, и в данном положении запирающий элемент 8b не захватывает указанный фланец 2е.

В соответствующем зажимном устройстве 4а, 4b предусмотрены две противолежащие направляющие поверхности 10а, 10b, которые примыкают к вертикальному зеву 6а, 6b седла 5а, 5b зажимного устройства, и которые, как видно из чертежа, наклонены относительно друг друга вниз, помогая направить концевой участок 2а трубопровода в зев 6а, 6b и далее в седло 5а, 5b зажимного устройства.

Понятно, что седло 5а, 5b соответствующего зажимного устройства 4а, 4b должно иметь такую форму внутренней поверхности, какая позволяет седлу сопрягаться с соответствующим центрирующим элементом 2с, 2d концевого участка трубопровода, когда происходит захват указанного элемента седлом при перемещении платформы 1 относительно концевого участка 2а трубопровода. Таким образом, соответствующее седло 5а, 5b должно иметь форму поперечного сечения, отвечающую форме поперечного сечения соответствующего центрирующего элемента 2с, 2d. Желательно, чтобы конструкция седла 5а, 5b соответствующего зажимного устройства 4а, 4b была такой, чтобы седло имело возможность захватывать центрирующий элемент 2с, 2d, обладающий вращательной симметрией. Желательно, чтобы соответствующее седло 5а, 5b имело, по существу, круговое поперечное сечение с направленным вверх зевом, как показано на фиг.1-5. Понятно, что ширина направленного вверх зева 6а, 6b соответствующего седла 5а, 5b должна быть меньше, чем диаметр седла 5а, 5b, и меньше, чем наибольший диаметр соответствующего центрирующего элемента 2с, 2d, но больше, чем диаметр трубопровода 2. Также понятно, что диаметр соответствующего седла 5а, 5b должен быть больше, чем диаметр трубопровода 2. В представленном варианте осуществления соответствующее седло 5а, 5b выполнено в виде расточки соответствующего зажимного устройства 4а, 4b.

Концевой узел 2f трубопровода, соответствующий настоящему изобретению, представлен на фиг.2-6. Концевой узел 2f должен использоваться на концевом участке 2а трубопровода 2 для того, чтобы трубопровод можно было в подводном положении соединить с платформой 1. В соответствии с настоящим изобретением конструкция концевого узла 2f рассчитана на совместную работу с платформой 1. Концевой узел 2f трубопровода содержит стыковочную втулку 2b трубопровода, предназначенную для соединения с соответствующей втулкой отрезка трубы. Концевой узел 2f трубопровода дополнительно содержит фланец 2е, расположенный позади втулки 2b трубопровода и образующий фиксирующий уступ, который предназначен для совместной работы с фиксирующими средствами 8 платформы 1 для фиксации концевого участка трубопровода в осевом направлении относительно платформы. Указанный фланец 2е неподвижным образом закреплен по отношению к втулке 2b трубопровода и предпочтительно должен обладать вращательной симметрией. Помимо этого, концевой узел трубопровода содержит первый центрирующий элемент 2с, закрепленный на концевом участке трубопровода позади стыковочной втулки 2b и предназначенный для сопряжения с седлом 5а первого зажимного устройства 4а платформы, и второй центрирующий элемент 2d, закрепленный на концевом участке трубопровода позади первого центрирующего элемента 2с на некотором расстоянии от последнего и предназначенный для сопряжения с седлом 5b второго зажимного устройства 4b платформы. В представленном варианте осуществления, по конструкции, соответствующий центрирующий элемент 2с, 2d выполнен в форме втулки или кольца, окружающего концевой участок трубопровода. Желательно, чтобы соответствующий центрирующий элемент 2с, 2d обладал вращательной симметрией. В представленном варианте осуществления фланец 2е располагается между стыковочной втулкой 2b трубопровода и первым центрирующим элементом 2с. Фланец 2е подходящим образом прикреплен к втулке 2b трубопровода, например, болтами 12, как показано на фиг.6. В ином варианте фланец 2е может быть неотъемлемой частью стыковочной втулки 2b трубопровода. На соответствующем центрирующем элементе 2с, 2d подходящим способом образована коническая поверхность 2c₁, 2d₁, на торце, обращенном в противоположную сторону от втулки 2b, с тем, чтобы облегчить центрирующему элементу 2с, 2d вхождение в контакт с соответствующим седлом 5а, 5b зажимного устройства 4а, 4b. Коническая поверхность 2c₁, 2d₁ соответствующего центрирующего элемента примыкает к его цилиндрической поверхности 2с₂, 2d₂.

На фиг.2-5 показаны соответствующие изобретению различные этапы установки трубопровода 2 на платформу 1. Вначале трубопровод 2, оснащенный концевым узлом 2f вышеописанного типа, укладывают на морское дно. Платформу 1 опускают в море, например, с надводного судна и ставят на морском дне рядом и параллельно концевому участку 2а трубопровода так, чтобы седло 5b зажимного устройства 4b располагалось между участками 2с и 2d конца 2а трубопровода, как показано на фиг.2. В этом положении первый центрирующий элемент 2с и стыковочная втулка 2b трубопровода должны располагаться спереди от первого зажимного устройства 4а, в то время как второй центрирующий элемент 2d должен располагаться между первым зажимным устройством 4а и вторым зажимным устройством 4b, если смотреть вдоль концевого участка 2а трубопровода. Затем концевой участок 2а трубопровода поднимают и переносят в поперечном направлении, устанавливая в положение вертикально над седлами 5а, 5b, после чего концевой участок трубопровода опускают вниз, в направлении, по существу, перпендикулярном его собственной продольной оси, проводят через зев 6а, 6b соответствующего зажимного устройства (см. фиг.3) с тем, чтобы попасть в седла 5а, 5b. В данном положении (см. фиг.4) первый центрирующий элемент 2с располагается спереди первого зажимного устройства 4а, в то время как второй центрирующий элемент 2d располагается между зажимными устройствами 4а, 4b.

Чтобы зафиксировать концевой участок 2а трубопровода в осевом и радиальном направлении относительно платформы 1, платформу перемещают в направлении концевого участка 2а трубопровода из положения, показанного на фиг.4, в положение, показанное на фиг.5. В предпочтительном варианте платформу 1 перемещают путем подтягивания. Как вариант, для осуществления необходимого осевого перемещения может быть предусмотрен гидравлический агрегат. Платформу 1 перемещают вдоль концевого участка 2а трубопровода так, чтобы седло 5а первого зажимного устройства соединилось с первым центрирующим элементом 2с, а седло 5b второго зажимного устройства соединилось со вторым центрирующим элементом 2d. Конструкция соответствующего центрирующего элемента 2с, 2d рассчитана на сопряжение с соответствующим седлом 5а, 5b таким образом, чтобы происходила фиксация центрирующего элемента в радиальном направлении относительно соответствующего зажимного устройства 4а, 4b. Платформу 1 перемещают вдоль концевого участка 2а трубопровода до тех пор, пока фланец 2е не упрется в соответствующий упор 9 первого зажимного устройства 4а, как показано на фиг.5 и 6. Затем приводят в действие запирающие элементы 8а, 8b средств 8 фиксации, чтобы зажать фланец 2е на месте между соответствующим запирающим элементом 8а, 8b и упором 9.

В представленном варианте осуществления изобретения платформа 1 оборудована приемной платформой 13. Конструкция данной приемной платформы 13 позволяет принимать опускаемый дистанционно управляемый подводный манипулятор для целей технического обслуживания и осмотра. Приемная платформа 13 шарнирно соединена с первым зажимным устройством 4а таким образом, что во время монтажа концевого участка 2а на платформе 1 трубопровода ее можно откидывать из положения над зевом 6а седла 5а.

Показанная на фиг.1-6 платформа 1 предназначена для совместной работы с концевым соединительным механизмом 20, который должен устанавливаться на отрезок 21 трубы, предназначенный для скрепления подводного трубопровода, и поддерживать стыковочную втулку 21b отрезка трубы в процессе соединения втулки 21b с соответствующей втулкой 2b трубопровода. Вариант осуществления такого концевого соединительного механизма 20 представлен на фиг.7. Концевой соединительный механизм 20 содержит скрепляющее устройство 22 для поджатия втулки 2b трубопровода к соответствующей втулке 21b отрезка трубы. Втулка 21b и связанный с ней отрезок 21 трубы должны быть смонтированы в концевом соединительном механизме 20 перед его опусканием в море с надводного судна. Таким образом, втулку отрезка трубы, предназначенного для скрепления подводного трубопровода, и сам отрезок трубы устанавливают в концевой механизм до выполнения операции соединения трубопроводов. В представленном варианте осуществления скрепляющее устройство 22 крепится к вертикальной плите 23 основания, образующей часть рамы 24 основания концевого механизма. Отрезок 21 трубы также закрепляется в указанной вертикальной плите 23 основания. Концевой соединительный механизм 20 предназначен для соединения с платформой 1 путем опускания на последнюю так, чтобы механизм мог плотно на нее опираться. Конструкции платформы 1 и скрепляющего устройства 22 предусматривают их взаимное перемещение, после того, как концевой соединительный механизм 20 сядет на платформу 1, и появится возможность перемещать в направлении друг друга скрепляющее устройство 22 и зафиксированную на платформе 1 стыковочную втулку 2b трубопровода с целью приведения втулок 2b и 21b во взаимный контакт. Более подробно указанный процесс будет рассмотрен ниже, со ссылками на чертежи 8-10.

Показанный на фиг.7 концевой соединительный механизм 20 оснащен направляющими устройствами 31, 32, предназначенными для захвата платформы 1, когда осуществляется опускание концевого соединительного механизма 20 до его вхождения в контакт с платформой, и для обеспечения надлежащего приема механизма 20 и его позиционирования на платформе 1. Согласно изобретению концевой соединительный механизм 20 оснащен первым направляющим устройством 31, содержащим два скошенных направляющих элемента 31а, 31b, которые выступают вниз от рамы 24 основания концевого соединительного механизма 20, и предназначены для соединения с рамой 7 основания платформы 1. Упор 34, находящийся между направляющими элементами 31а, 31b, предназначен для посадки на плоское седло 14, предусмотренное на раме 7 основания платформы 1. В представленном на чертеже варианте осуществления изобретения концевой соединительный механизм 20 дополнительно оснащен вторым направляющим устройством 32 в виде направляющей воронки, которая предназначена для захвата соответствующей направляющей стойки 17, установленной на раме 7 основания платформы 1. Чтобы рама 24 основания концевого соединительного механизма 20 и тем самым скрепляющее устройство 22 с втулкой 21b имели возможность перемещаться вдоль платформы 1 в направлении установленной на платформе 1 стыковочной втулки 2b, направляющая воронка 32 соединена с рамой 24 основания концевого соединительного механизма 20 подвижным образом. Направляющая воронка 32 имеет возможность разблокирования и фиксации в своем положении относительно рамы 24 основания концевого соединительного механизма 20 посредством блокирующего элемента 33, например в виде блокирующего штыря.

Платформа 1 и концевой соединительный механизм 20 оборудованы сопряженными центрирующими элементами 15, 25, которые, согласно конструкции, должны входить в контакт друг с другом, когда раму 24 основания концевого соединительного механизма 20 перемещают в направлении втулки 2b трубопровода, прикрепленной к платформе 1, чтобы надлежащим образом центрировать втулку 2b трубопровода относительно втулки 21b отрезка трубы, предназначенного для скрепления трубопровода. На одном из агрегатов (платформе 1 или концевом соединительном механизме 20) предусмотрен, по меньшей мере, один центрирующий элемент 15 - штырь, желательно, копьевидной формы, который, согласно конструкции, должен входить в ответный центрирующий элемент 25 - гнездо, желательно, воронкообразной формы, которое установлено на другом из указанных агрегатов. В варианте осуществления, представленном на чертежах, платформа 1 оснащена двумя центрирующими штырями 15, которые установлены на платформе 1 ниже осевой линии концевого участка 2а трубопровода, с двух сторон от нее. Концевой соединительный механизм 20 согласно изобретению оборудован двумя воронкообразными гнездами 25, предназначенными для приема соответствующих центрирующих штырей 15. Гнезда 25 расположены по обе стороны от осевой линии втулки 21b, закрепленной в концевом соединительном механизме 20. Согласно конструкции при перемещении втулки 21b для приведения ее в соприкосновение с втулкой 2b трубопровода, желательно, чтобы соответствующий центрирующий элемент 15 платформы 1 встал впритык соответствующему центрирующему элементу 25 концевого соединительного механизма 20, чтобы сцентрировать сопряженные поверхности втулок до того, как произойдет их взаимный контакт и окончательное центрирование.

Желательно, чтобы платформа 1 была также оснащена, по меньшей мере, двумя стопорными элементами 16, которые предусматриваются на платформе и располагаются с разных сторон и выше осевой линии концевого участка 2а трубопровода, который установлен в платформе 1. Согласно конструкции стопорный элемент 16 должен упереться в соответствующий стопорный элемент 26 концевого соединительного механизма 20, когда производится перемещение втулки 21b и приведение ее в контакт с втулкой 2b трубопровода для того, чтобы уменьшить угол между сопряженными поверхностями втулок. Таким образом, втулка 2b трубопровода будет автоматически и в достаточной степени сцентрирована с втулкой 21b отрезка трубы, чтобы получилось соответствие дистанции захвата для смыкания скрепляющего устройства. В приведенном на чертежах варианте осуществления каждый из агрегатов (платформа 1 и концевой соединительный механизм 20) оснащен двумя указанными стопорными элементами 16, 26 в дополнение к центрирующим элементам 15, 25, которые выполняют аналогичную функцию.

Концевой соединительный механизм 20 и/или платформа 1 оборудованы средствами приема соединительного аппарата с дистанционным управлением (не показан) оснащенного органами, развивающими усилие, желательно, в виде гидравлических цилиндров, для перемещения скрепляющего устройства 22 и втулки 21b отрезка трубы относительно платформы 1. Желательно, чтобы конструкция скрепляющего устройства 22 и втулки 21b предусматривала их перемещение по отношению к платформе 1 путем их передвижения совместно с рамой 24 основания концевого соединительного механизма 20 относительно указанной платформы. В представленном варианте осуществления изобретения каждый из агрегатов (платформа 1 и концевой соединительный механизм 20) оборудован пазами 19, 29 для установки на указанные конструкции гидравлических цилиндров соединительного аппарата. Соединительный аппарат также оснащен средствами приложения усилия, желательно, с гидравлическим приводом, для приведения в действие скрепляющего устройства 22 с целью поджатия втулки 2b трубопровода к втулке 21b отрезка трубы для скрепления подводного трубопровода. Желательно, чтобы конструктивно соединительный аппарат представлял собой отдельный агрегат, который спускают вниз и вводят в контакт с платформой 1 и концевым соединительным механизмом 20 после постановки последнего на указанную платформу.

В представленном на чертежах варианте осуществления изобретения концевой соединительный механизм 20 оснащен направляющими элементами 30, предназначенными для взаимодействия с соответствующими направляющими элементами соединительного аппарата для того, чтобы направлять соединительный аппарат в правильное положение относительно концевого соединительного механизма 20, когда соединительный аппарат спускают вниз, чтобы привести в контакт с концевым соединительным механизмом 20. В представленном варианте указанные направляющие элементы концевого соединительного механизма 20 содержат два гнезда 30 для приема направляющих стоек, установленные с каждой стороны отрезка 21 трубы на концевом соединительном механизме 20. Соответствующее приемное гнездо 30 предназначено для приема направляющей стойки, посредством которой соединительный аппарат направляется для стыковки с концевым соединительным механизмом 20. Может быть предусмотрен и другой вариант направляющей системы.

Работа соединительной конструкции, содержащей соответствующий фиг.7 концевой соединительный механизм 20 и соответствующую фиг.1-6 платформу 1, схематически показана на фиг.8-10. Вначале трубопровод 2 монтируют на платформе 1 способом, который описан ранее со ссылками на фиг.2-5. Затем могут быть проведены подводные измерения расстояния между втулкой 2b трубопровода и постоянно действующей подводной установкой, к которой должен быть присоединен трубопровод. Результаты подводных измерений используют для окончательного определения геометрии отрезка 21 трубы для скрепления подводного трубопровода, который прикрепляется к концевому соединительному механизму 20. Концевой соединительный механизм 20 вместе с присоединенным отрезком 21 трубы опускают в море, например, с надводного судна на стропах, прикрепленных к отрезку трубы, и спускают вниз на платформу 1 так, чтобы концевой соединительный механизм лег на раму 7 основания. Направляющий трос 40, прикрепленный к направляющей стойке 17 платформы 1, должен помогать задавать направление, чтобы гарантированно обеспечить захват направляющей воронкой 32 концевого соединительного механизма 20 направляющей стойки 17 платформы 1, как показано на фиг.8. На фиг.9 показано, что концевой соединительный механизм 20 принят на раму 7 основания платформы 1. Затем опускают вниз соединительный аппарат (не показан), содержащий пару гидравлических цилиндров, который приводят в контакт с концевым соединительным устройством 20 и платформой 1. Соединительный аппарат может быть направлен в нужное положение посредством направляющих стоек (не показаны), которые вводят в приемные гнезда 30 концевого соединительного механизма 20. Гидравлические цилиндры прикрепляются к концевому соединительному механизму 20 и платформе 1 через предусмотренные для этой цели соединительные пазы 29, 19. Затем приводят в действие гидравлические цилиндры так, чтобы переместить раму 24 основания концевого соединительного механизма 20, и тем самым скрепляющее устройство 22 с втулкой 21b в направлении втулки 2b трубопровода, закрепленной на платформе 1. Прежде чем привести в действие гидравлические цилиндры, отпускают блокирующий элемент 33, так чтобы рама 24 основания концевого соединительного механизма 20 могла двигаться относительно направляющей воронки 32.

Когда операция перемещения будет завершена, активируют затягивающее устройство (не показано), чтобы привести в действие скрепляющее устройство 22 и стянуть вместе втулку 2b трубопровода и втулку 21b отрезка трубы, после чего производят испытания давлением, чтобы проверить герметичность соединения. Затем соединительный аппарат поднимают на поверхность. На фиг.10 показана соединительная конструкция после завершения соединения втулки трубопровода с втулкой отрезка трубы для скрепления подводного трубопровода. На фиг.9 и 10 отрезок трубы не показан.

Затягивающее устройство может быть включено в состав соединительного аппарата или представлять собой отдельный агрегат, который можно перемещать и вводить в контакт с концевым соединительным механизмом отдельно от соединительного аппарата.

Настоящее изобретение ни в коей мере не ограничивается приведенными выше предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, для специалистов в данной области техники будет очевидна возможность осуществления множества модифицированных вариантов, не выходящих за границы сущности изобретения, определенной прилагаемой формулой.

Изобретение относится к опорной платформе (1) для концевого узла трубопровода, устанавливаемой на концевой участок трубопровода для поддержания втулки трубопровода в процессе соединения указанной втулки с соответствующей втулкой отрезка трубы, предназначенного для скрепления подводного трубопровода. Конструкция платформы позволяет устанавливать на нее концевой участок трубопровода в подводном положении путем опускания последнего в седло (5а, 5b) одного или более зажимных устройств (4а, 4b) платформы, и последующего перемещения платформы (1) вдоль концевого участка трубопровода, с введением соответствующего седла в контакт с центрирующим элементом, закрепленным на концевом участке трубопровода, для фиксации концевого участка трубопровода в осевом и радиальном направлениях относительно платформы. Изобретение также относится к соединительному устройству, содержащему платформу (1), концевому узлу трубопровода, выполненному с возможностью взаимодействия с платформой (1), и способу подводного соединения трубопровода с отрезком трубы. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Опорная платформа (1) для концевого узла трубопровода, устанавливаемая на концевой участок трубопровода для поддержания втулки трубопровода в процессе соединения указанной втулки с соответствующей втулкой отрезка трубы, предназначенного для скрепления подводного трубопровода, содержащая одно или более зажимных устройств (4а, 4b) для фиксации концевого участка трубопровода и связанной с ним втулки на платформе с заданной ориентацией относительно указанной платформы, отличающаяся тем, что соответствующее зажимное устройство (4а, 4b) снабжено седлом (5а, 5b), имеющим направленный вверх зев (6а, 6b), через который в подводном положении вводится концевой участок трубопровода путем опускания указанного участка в направлении, по существу, перпендикулярном его собственной продольной оси, для приема в указанном седле (5а, 5b), при этом седло (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b) выполнено с возможностью вхождения в контакт с центрирующим элементом, который закреплен на концевом участке трубопровода, путем перемещения платформы (1) относительно концевого участка трубопровода, принятого в седле (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b), в направлении вдоль указанного концевого участка трубопровода, с обеспечением фиксации концевого участка трубопровода в осевом и радиальном направлениях относительно платформы (1).

2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что снабжена фиксирующими средствами (8) для фиксации концевого участка трубопровода в осевом направлении по отношению к платформе (1), когда седло (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b) введено в фиксирующий контакт с соответствующим центрирующим элементом концевого участка трубопровода.

3. Платформа по п.2, отличающаяся тем, что фиксирующие средства (8) расположены на зажимном устройстве (4а).

4. Платформа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя зажимными устройствами (4а, 4b), содержащими взаимно сцентрированные седла (5а, 5b).

5. Платформа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что ширина направленного вверх зева (6а, 6b) соответствующего седла (5а, 5b) меньше чем диаметр седла.

6. Платформа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что соответствующее зажимное устройство (4а, 4b) снабжено двумя противолежащими направляющими поверхностями (10а, 10b), которые примыкают к направленному вверх зеву (6а, 6b) седла (5а, 5b) зажимного устройства и которые наклонены друг к другу по направлению вниз для направления концевого участка трубопровода через указанный зев (6а, 6b) и его введения в седло (5а, 5b) зажимного устройства.

7. Платформа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что содержит раму (7) основания, к которой прикреплено соответствующее зажимное устройство (4а, 4b), причем указанная рама (7) основания обеспечивает расположение платформы на морском дне.

8. Платформа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что седло (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b) выполнено с возможностью вхождения в контакт с обладающим вращательной симметрией центрирующим элементом, прикрепленным к концевому участку трубопровода, причем форма седла (5а, 5b) обеспечивает возможность сопряжения седла с указанным центрирующим элементом.

9. Соединительное устройство для подводного соединения трубопровода с отрезком трубы, предназначенным для скрепления подводного трубопровода, путем поджатия друг к другу втулки трубопровода, закрепленной на концевом участке трубопровода, и втулки указанного отрезка трубы, закрепленной на концевом участке отрезка трубы, отличающееся тем, что содержит платформу (1), охарактеризованную в любом из пп.1-8, и концевой соединительный механизм (20), устанавливаемый на указанный отрезок трубы для поддержания его втулки в процессе соединения указанной втулки с соответствующей втулкой трубопровода, при этом концевой соединительный механизм (20) содержит скрепляющее устройство (22) для поджатия друг к другу втулки отрезка трубы и втулки трубопровода, причем концевой соединительный механизм (20) выполнен с возможностью соединения с платформой (1) путем опускания указанного механизма вниз на указанную платформу для посадки на нее, при этом платформа (1) и скрепляющее устройство (22) выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга после посадки концевого соединительного механизма (20) на платформу (1) таким образом, что скрепляющее устройство (22) и втулку отрезка трубы, закрепленного в концевом соединительном устройстве (20), можно переместить в направлении втулки трубопровода на концевом участке трубопровода, закрепленного на платформе (1), для введения указанных втулок в контакт друг с другом.

10. Соединительное устройство по п.9, отличающееся тем, что платформа (1) и концевой соединительный механизм (20) снабжены соответствующими центрирующими элементами (15, 25), выполненными с возможностью вхождения во взаимный контакт при перемещении скрепляющего устройства (22) относительно платформы (1) для центрирования указанных втулок.

11. Соединительное устройство по п.10, отличающееся тем, что один из агрегатов - платформа (1) или концевой соединительный механизм (20) - снабжен, по меньшей мере, одним центрирующим элементом (15) в виде штыря, предпочтительно копьевидной формы, выполненным с возможностью вхождения в соответствующий центрирующий элемент (25) в виде гнезда, предпочтительно воронкообразной формы, предусмотренный на другом из указанных агрегатов.

12. Соединительное устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что платформа (1) снабжена, по меньшей мере, двумя центрирующими элементами (15), которые установлены на платформе (1) с расположением с обеих сторон и ниже осевой линии концевого участка трубопровода, закрепленного на платформе (1).

13. Соединительное устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что соответствующий центрирующий элемент (15) платформы (1) выполнен с возможностью упора торцом в соответствующий центрирующий элемент (25) концевого соединительного механизма (20) при введении втулки отрезка трубы в контакт с втулкой трубопровода, для центрирования сопряженных торцовых поверхностей указанных втулок до момента их вхождения во взаимный контакт с целью окончательного центрирования.

14. Соединительное устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что платформа (1) снабжена, по меньшей мере, двумя стопорными элементами (16), которые установлены на платформе с расположением с обеих сторон и выше осевой линии концевого участка трубопровода, закрепленного на указанной платформе, при этом соответствующий стопорный элемент (16) выполнен с возможностью упора торцом в соответствующий стопорный элемент (26) концевого соединительного механизма (20) при введении втулки отрезка трубы в контакт с втулкой трубопровода, для центрирования сопряженных торцовых поверхностей указанных втулок до момента их вхождения во взаимный контакт с целью окончательного центрирования.

15. Соединительное устройство по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что концевой соединительный механизм (20) и/или платформа (1) выполнены с возможностью приема соединительного аппарата с дистанционным управлением, снабженного средствами приложения усилия для перемещения скрепляющего устройства (22) и платформы (1) относительно друг друга.

16. Соединительное устройство по п.15, отличающееся тем, что концевой соединительный механизм (20) снабжен направляющими средствами (30) для взаимодействия с соответствующими направляющими средствами соединительного аппарата с целью направления соединительного аппарата в правильное положение относительно концевого соединительного механизма при опускании соединительного аппарата в контакт с указанным концевым соединительным механизмом.

17. Соединительное устройство по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что концевой соединительный механизм (20) содержит раму (24) основания, на которой закреплено скрепляющее устройство (22), при этом скрепляющее устройство (22) выполнено с возможностью перемещения относительно платформы (1) путем перемещения вместе с рамой (24) основания концевого соединительного механизма (20) относительно платформы (1).

18. Способ подводного соединения трубопровода (2) с отрезком (21) трубы, предназначенным для скрепления подводного трубопровода, путем поджатия друг к другу втулки (2b) трубопровода, закрепленной на концевом участке (2а) трубопровода, и втулки (2lb) отрезка трубы, закрепленной на концевом участке отрезка (21) трубы, содержащий следующие операции:
закрепляют концевой участок (2а) трубопровода в платформе (1), охарактеризованной в любом из пп.1-8, путем опускания концевого участка трубопровода в направлении, по существу, перпендикулярном его продольной оси, в седло (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4a, 4b), после чего перемещают платформу (1) относительно концевого участка (2а) трубопровода в продольном направлении для вхождения седла (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b) в контакт с центрирующим элементом, закрепленным на концевом участке трубопровода, с обеспечением фиксации концевого участка трубопровода в осевом и радиальном направлениях относительно платформы (1), соединяют концевой соединительный механизм (20), в котором установлена втулка (21b) отрезка трубы и который содержит скрепляющее устройство (22), с платформой (1) путем опускания вниз на платформу с обеспечением посадки концевого соединительного механизма на указанную платформу,
перемещают скрепляющее устройство (22) и платформу (1) относительно друг друга для введения втулки (21b) отрезка трубы в контакт с втулкой (2b) трубопровода,
после чего приводят в действие скрепляющее устройство (22) для поджатия друг к другу втулки (2b) трубопровода и втулки (21b) отрезка трубы.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что седло (5а, 5b) соответствующего зажимного устройства (4а, 4b) платформы вводят в контакт с обладающим вращательной симметрией центрирующим элементом (2с, 2d), закрепленным на концевом участке (2а) трубопровода, путем перемещения платформы в продольном направлении концевого участка трубопровода.

20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что соответствующие центрирующие элементы (25, 15) концевого соединительного механизма (20) и платформы (1) вводят в контакт друг с другом при перемещении скрепляющего устройства (22) и платформы (1) относительно друг друга для надлежащего центрирования втулки (2b) трубопровода относительно втулки (21b) отрезка трубы.

21. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что скрепляющее устройство (22) и платформу (1) перемещают относительно друг друга посредством соединительного аппарата с дистанционным управлением, снабженного средствами приложения усилия для перемещения скрепляющего устройства и платформы (1) относительно друг друга.

22. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что скрепляющее устройство (22) прикреплено к раме (24) основания концевого соединительного механизма (20), при этом втулку (2b) трубопровода вводят в контакт с втулкой (21b) отрезка трубы путем перемещения рамы (24) основания концевого соединительного механизма (20) относительно платформы (1).

23. Концевой узел (2f) трубопровода, устанавливаемый на концевом участке трубопровода для обеспечения соединения трубопровода в подводном положении с платформой, охарактеризованной в любом из пп.1-8, содержащий втулку (2b) трубопровода, выполненную с возможностью соединения с соответствующей втулкой отрезка трубы, предназначенного для скрепления подводного трубопровода, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый центрирующий элемент (2с), закрепленный на концевом участке трубопровода позади втулки (2b) трубопровода, выполненный с возможностью сопряжения с седлом первого зажимного устройства платформы, и второй центрирующий элемент (2d), закрепленный на концевом участке трубопровода позади первого центрирующего элемента (2с) на расстоянии от указанного первого центрирующего элемента, выполненный с возможностью сопряжения с седлом второго зажимного устройства платформы.

24. Концевой узел по п.23, отличающийся тем, что соответствующий центрирующий элемент (2с, 2d) обладает вращательной симметрией.

25. Концевой узел по п.23 или 24, отличающийся тем, что содержит фланец (2е), закрепленный на концевом участке трубопровода, при этом фланец (2е) выполнен с возможностью взаимодействия с фиксирующими средствами платформы для фиксации концевого участка трубопровода в осевом направлении относительно платформы.

26. Концевой узел по п.25, отличающийся тем, что фланец (2е) выполнен в виде неотъемлемой части втулки (2b) трубопровода.