АЛЮМИНИЕВАЯ КОМПОНОВКА РАЙЗЕРА Российский патент 2012 года по МПК E21B17/08 

Морские буровые установки, такие как стационарные морские платформы, платформы на выдвижных опорах или полупогружные платформы и буровые суда, применяющиеся в добыче углеводородов, в штатном режиме работы используют райзеры для соединения буровой установки с оборудованием устья скважины на морском дне. При использовании райзер отделяет воду от бурильной колонны и транспортирует циркулирующий буровой раствор. Обычно райзер имеет секции из металлической трубы, установленные вертикально между буровой установкой и оборудованием устья скважины. Данные трубные секции включают в себя периферийные вспомогательные линии и трубы для связи гидравлическими линиями управления буровой установки и противовыбросового превентора на оборудовании устья скважины.

Значительный вес стальных райзеров является одним недостатком, ограничивающим их использование в работах на больших морских глубинах. Как известно, каждая стальная трубная секция райзера должна иметь адекватную толщину стенки для выдерживания рабочих давлении и растягивающей нагрузки от других секций. Данные требования добавляют вес колонне райзера. В свою очередь, вес колонны райзера может существенно ограничиваться полезной нагрузкой плавучей буровой установки, которая может нести только ограниченное число секций, без превышения предела максимальной нагрузки.

Как альтернативу использованию стали в алюминиевом райзере, известном в технике, используют секции алюминиевой трубы, последовательно соединенные вместе фланцевыми соединительными устройствами на концах трубы. Пример такого алюминиевого райзера описан в патентах США №6415867 и №6615922. Данные фланцевые соединительные устройства имеют отверстия для болтов и резьбовых вставок для соединения фланцевыми соединительными устройствами друг с другом и имеют отверстия для несения вспомогательных труб, располагающихся продольно по окружности трубы. Для выполнения надежного соединения операторы должны затянуть каждый болт с определенным крутящим моментом. Некоторые образцы райзеров могут иметь порядка 6-18 болтов на соединение. Следовательно, сборка секций трубы может требовать от операторов значительных затрат времени на сборку и выверку.

Еще один недостаток, известная в технике компоновка райзера выполнена из алюминиевого сплава 1980 T1 OCT 192048-90 (т.e., алюминиевый сплав, известный, как российское название AL 1980 T1). (Название "T1" является эквивалентом "WP", как описано в R 0067 - Alloy Temper Designation System for Aluminum (ANSI H35.1-2000). Буква "W" означает "гомогенизированный"). Для таких термоупрочненных сплавов сварное соединение должно проходить термообработку после сварки. Это усложняет выполнение соединений, поскольку процедура термообработки требует дополнительного времени на производство, персонала и оборудования.

Алюминиевая компоновка райзера имеет множество секций райзера, соединяющихся друг с другом для образования колонны райзера. Каждая секция райзера имеет трубу с верхним (муфтовым) и нижним (ниппельным) соединительными устройствами, приваренными к трубе. Верхнее соединительное устройство имеет внутреннюю коническую поверхность, образующую муфтовый конец, и имеет внешнюю коническую поверхность с внешней резьбой. Нижнее соединительное устройство имеет внешнюю коническую поверхность. Внутренняя и внешняя коническая поверхности совмещаются и уплотняются друг с другом и для осуществления свинчивания колонны райзера. Предпочтительно, компоненты секции райзера выполнены из алюминиевого сплава, имеющего более высокое отношение "прочности к плотности", чем сталь и, более конкретно, выполнены из нетермоупрочненного алюминиевого сплава 1575 по техусловиям TU 1-809-420-84 или выполнены из другого алюминиевого сплава системы Al-Mg, не требующего термообработки сварочных соединений после сварки.

Когда верхняя и нижняя секции райзера собраны, ниппель верхней трубной секции райзера входит частично в муфту нижней трубной секции райзера так, что совмещенные и уплотненные конические поверхности соединяются друг с другом. Рабочие-операторы ориентируют и совмещают сервисные линии для монтажа двух трубных секций райзера. Рабочие-операторы затем используют гидравлический или пневматический приводной механизм или исполнительный механизм для вращения конической шестерни на приводном валу, опирающемся на одну из опор. Данная коническая шестерня находится в зацеплении с коническими зубьями, выполненными по кромке гильзы, опирающейся с возможностью вращения на ниппельный конец верхней секции райзера. Вместо использования устройства с конической шестерней, внешняя окружность гильзы может иметь первую звездочку или цевочную шестерню, и привод может иметь вторую звездочку или зубчатое колесо для зацепления цевочной шестерни.

Когда гильза вращается приводным механизмом, множество проходящих вниз пальцев на гильзе вращают соединительную гайку. Альтернативно, шпоночные стержни или подшипники, размещенные в карманах соединительной гайки и продольных пазах в муфте обуславливают вращение соединительной гайки. Соединительная гайка также размещена с возможностью вращения на ниппельном конце трубной секции райзера и может также перемещаться в осевом направлении вдоль трубной секции райзера во время вращения против поджатия пружины. При вращении гильзы резьба на ее внутренней конической поверхности свинчивается с внешней резьбой на верхнем конце нижней секции. Соединительная гайка затягивается до стыковки внутренней конической поверхности муфты и внешней конической поверхности ниппеля. Весь процесс можно затем повторять с дополнительными трубными секциями райзера для монтажа колонны райзера.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где

на фиг.1 схематично показана морская буровая установка с подводным буровым оборудованием.

На фиг.2 показана часть сечения секции райзера согласно некоторым идеям настоящего изобретения.

На фиг.3 показано сечение конца секции райзера фиг.2 по линии A-A.

На фиг.4 на сечении детали трубной секции райзера фиг.2 по линии B-B показана гильза с коническим зубом венца и приводным механизмом ведущей шестерни для сборки трубных секций райзера друг с другом.

На фиг.5 показана часть сечения двух секций райзера, собранных вместе.

На фиг.6A показан вид трубных секций райзера, соединенных друг с другом перед свинчиванием, другого варианта осуществления.

На фиг.6B показано сечение фиг.6A.

На фиг.7A показаны трубные секции райзера фиг.6A, скрепленные друг с другом после завершения свинчивания.

На фиг.7B показано сечение фиг.7A.

На фиг.8 на части сечения двух секций райзера, собранных друг с другом, показана гильза и приводной механизм с цевочной шестерней и устройством с цевочным зацеплением.

На фиг.9 показано сечение секции райзера фиг.8 по линии C-C.

На фиг.1 показана морская буровая установка (т.e., полупогружная платформа) с вышкой 10, платформой 11 с буровым оборудованием на ней, и понтонами 12. Морская буровая установка может также являться стационарной морской платформой, платформой на выдвижных опорах, буровым судном, и т.п. Ствол 14 скважины и подводная опорная плита 16 размещены на морском дне 15, и вертикальный райзер 40 установлен между стволом 14 скважины и платформой 11 буровой установки. Подводное оборудование включает в себя оборудование 17 устья скважины и противовыбросовый превентор 18.

Колонна райзера 40 соединяет платформу 11 с противовыбросовым превентором 18 и использует соединительную муфту 21, гибкую трубную секцию 20 райзера и телескопическую трубную секцию 30 райзера для компенсации перемещения платформы 11 относительно ствола 14 скважины. Колонна райзера 40 имеет множество трубных секций 42 райзера соединенных в непрерывную цепь, составляющую колонну райзера. Основной функцией райзера 40 является направление бурильных труб и инструментов в ствол 14 скважины и создание пути возврата циркулирующего бурового раствора.

Как известно, каждая трубная секция 42 райзера должна быть способна выдерживать ряд усилий и нагрузок, таких как внутреннее и внешнее давление, растягивающие нагрузки, обусловленные находящимися ниже трубными секциями 42 райзера, и изгибающие нагрузки. Кроме того, каждая трубная секция 42 райзера также предпочтительно способна выдерживать высокие температуры и коррозионное воздействие как бурового раствора, так и соленой воды. Соответственно, каждую трубную секцию 42 райзера конструируют из соответствующего металлического материала. В предпочтительном варианте осуществления, подробно описанном ниже, компоненты трубных секций 42 райзера выполнены из алюминиевого сплава, имеющего более высокое отношение "прочности к плотности", чем сталь. Данное свойство трубных секций 42 райзера предпочтительно увеличивает количество секций 42, которые можно использовать при заданной грузоподъемности буровой установки.

На фиг.2 секция 100 райзера согласно некоторым идеям настоящего изобретения показана частично в виде сечения. Секция 100 райзера включает в себя основную трубу 110, верхнее и нижнее соединительные устройства 120/130, опоры или фиксаторы 140/145, необходимое число промежуточных фиксаторов (не показано), вспомогательные трубы 150, вращающуюся соединительную гайку 160, вращающуюся гильзу 170 и приводной механизм 200 для вращения гильзы 170 и соединительной гайки 160. Секция 100 райзера может также иметь модуль обеспечения плавучести (не показано), который может включать в себя две детали в форме полумесяца из пенопласта, содержащего полые стеклянные шарики, скрепленные болтами друг с другом и закрепленные вокруг трубы 110.

Основная труба 110 имеет сквозное отверстие 111, проходящее в ней. Соединительные устройства 120/130 приварены к концам трубы 110 сварными соединениями 112/113, предпочтительно не требующими термообработки. Данные соединительные устройства 120/130 отличаются друг от друга. В частности, верхнее соединительное устройство 120 имеет муфту 122 с внешней конической резьбой 124 и имеет внутреннюю коническую поверхность 126. Соответственно, нижнее соединительное устройство 130 имеет внешнюю коническую поверхность 132 и муфту 136.

Основная труба 110 предпочтительно выполнена из алюминиевого сплава, также как соединительные устройства 120/130. Конкретнее, труба 110 и соединительные устройства 120/130 предпочтительно выполнены из не термоупрочненного алюминиевого сплава 1575 по техусловиям TU 1-809-420-84 не требующего выполнения отпуска сварного соединения после сварки. Этим упрощается изготовление и сборка трубной секции 100 райзера, когда соединительные устройства 120/130 приваривают к трубе 110 сварными соединениями 112/113, и также уменьшается время и стоимость изготовления секции 100 райзера. Хотя соединительные устройства 120/130 также предпочтительно выполнены из одного алюминиевого сплава с основной трубой 110, в другом варианте осуществления описываемой секции 100 райзера и основную трубу 110 и соединительные устройства 120/130, каждое можно выполнять из разных алюминиевых сплавов, и каждую позицию можно выполнять из алюминиевого сплава, отличающегося от нетермоупрочненного алюминиевого сплава 1575 по техусловиям TU 1-809-420-84. Некоторые примеры алюминиевых сплавов включают в себя алюминиевые сплавы, известные под российским обозначением AL 1980 и AL 1953, и включают в себя другие алюминиевые сплавы, имеющие высокое отношение прочности к плотности, превышающее такое отношение стали.

Вспомогательные трубы 150 монтируют на фиксаторах 140/145, установленных на соединительных устройствах 120/130 трубы и на промежуточных фиксаторах (не показано), расположенных с различными интервалами вдоль основной трубы 110. Вспомогательные линии, которые несут данные трубы 150, могут включать в себя линии дросселирования и глушения скважины, линии гидравлического управления, вспомогательные линии подачи бурового раствора, и т.п. Как показано, каждая вспомогательная труба 150 имеет верхнюю и нижнюю секции 152/154, соединенные друг с другом резьбовой соединительной муфтой 156.

Соединительная гайка 160, гильза 170 и приводной механизм 200 устанавливают на нижнем (ниппельном) соединительном устройстве 130 трубы 110 и используют для стыковки одной трубной секций 100 райзера с другой такой трубной секцией райзера. Как показано, соединительная гайка 160 устанавливается на нижнем соединительном устройстве 130 трубы и может упираться в верхнюю поверхность муфты 136. Данная соединительная гайка 160 имеет внутреннюю коническую резьбу 164 для свинчивания трубных секций райзера, как рассмотрено ниже. Соединительная гайка 160 также имеет внешние продольные пазы 162, выполненные вдоль ее верхней части для соединения с гильзой 170. Гильза 170 смонтирована над соединительной гайкой 160 и имеет пальцы 172, установленные во внешние пазы 162 соединительной гайки 160, как лучше всего показано на сечении фиг.3. Пружина 165 смонтирована вокруг нижнего соединительного устройства 130 и поджимает соединительную гайку 160 от гильзы 170 к муфте 136.

При вращении гильзы 170 приводным механизмом 200, как детализировано ниже, соединительная гайка 160 также вращается и может перемещаться в осевом направлении вдоль нижнего соединительного устройства 130 против поджатия пружины 165 для скрепления трубной секции 100 райзера с другой трубной секцией райзера. Соединение, созданное соединительной гайкой 160, гильзой 170 и приводным механизмом 200, предпочтительно обеспечивает операторам возможность эффективной сборки секций 100 райзера с совмещением вспомогательных труб и не требуя для сборки вращения установленных труб.

Дополнительные детали гильзы 170 и приводного механизма 200 показаны на фиг.4. Как показано, фиксатор 145 входит во внешний паз 135, проходящий вокруг нижнего соединительного устройства 130, и разъемная втулка 180 входит в другой внешний паз 138 и опирает вращающуюся гильзу 170 на него. Верхний конец пружины 165 устанавливается против данного вкладыша 180 и проходит вокруг внешней поверхности 131 нижнего соединительного устройства 130.

Кронштейн 147 поддерживает приводной механизм 200 на нижней поверхности фиксатора 145 между фиксатором 145 и верхним краем 174 гильзы 170. Приводной механизм 200 включает в себя приводной вал 202, имеющий квадратную головку 204 на своем внешнем конце и ведущую шестерню 206 с коническими зубьями 208 на другом. Верхний край 174 муфты имеет конический венец 176 с зубьями 178, выполненными на нем, сцепляющимися с зубьями 208 ведущей шестерни. Как рассмотрено ниже, гидравлический или пневматический инструмент можно соединять с квадратной головкой 204 для вращения вала 202 и ведущей шестерни 206. В свою очередь, ведущая шестерня 206, сцепленная с коническим венцом 176, вращает гильзу 170 вокруг нижнего соединительного устройства 130 трубы, которая, в свою очередь, вращает гайку 160 (фиг.2) вокруг нижнего соединительного устройства 130 трубы.

Применяя различные компоненты секции 100 райзера, следует рассмотреть процесс скрепления трубных секций райзера друг с другом для монтажа колонны райзера для спуска на морское дно. На фиг.5 нижняя трубная секция 100L райзера, уже свинченная с колонной райзера, показана установленной внизу, и верхняя (следующая) трубная секция 100U райзера показана над ней, готовая к свинчиванию с нижней трубной секцией 100L райзера. Нижняя трубная секция 100L райзера опирается верхним (муфтовым) соединительным устройством 120L на спайдер-элеватор (не показано) на палубе вышки буровой платформы. Для свинчивания трубных секций 100U-L райзера верхнюю трубную секцию 100U райзера, также подвешенную на спайдер-элеваторе, опускают на нижнюю трубную секцию 100L райзера. Затем рабочие-операторы устанавливают соединительное устройство 130U верхней секции в соединительное устройство 120L нижней секции посредством размещения конического ниппеля 132U в муфте 126L нижней секции.

При установке соединительных устройств 120L/130U рабочие-операторы совмещают концы вспомогательных труб 150U/150L, удерживаемые совмещенными вспомогательными фиксаторами 140L/145U. Предпочтительно, посадка ниппеля 132U верхней секции в муфту 126L нижней секции облегчает установку секций 100L/100U райзера, так что рабочим-операторам не требуется предварительно совмещать трубные секции райзера, что сокращает время сборки.

Когда соединительные устройства 120L/130U полностью установлены и вспомогательные трубы 150U/150L скреплены, две секции райзера 100L/100U должны быть совмещены и не требовать дополнительного вмешательства. Данное устройство предотвращает перемещение двух секций 100L/100U в горизонтальной плоскости от внешних воздействий и предлагает механическую целостность вспомогательных линий в области перехода. При установленных соединительных устройствах 120L/130U конический снаружи ниппель 132U верхней секции входит в контакт с конической внутри муфтой 126L нижней секции для уплотнения. Кроме того, дальний конец 133U верхней секции становится на внутренний уступ муфты 126L нижней секции. Соответственно, дальний конец 123L нижней секции становится вплотную к муфте 136U верхней секции. Кроме того, соединительная гайка 160U входит в контакт с соединительным устройством 120L нижней секции, так что соединительная гайка 160U перемещается вверх в пространстве под гильзой 170U против поджатия пружины 165U. Вместе с тем внутренняя резьба гайки 164U еще не свинчена с внешней конической резьбой 124L нижнего соединительного устройства 120L до приведения в действие приводным механизмом 200 (фиг.2), как описано ниже.

Для приведения в действие приводного механизма 200 и завершения скрепления рабочие-операторы надевают соединительную муфту 210 на квадратную головку 204 вала 202 привода и приводят в действие пневматический или гидравлический инструмент 220. Когда вал 202 вращается, ведущая шестерня 206, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом 176U, поворачивает гильзу 170U, при этом, вращая гайку 160U и вводя в зацепление ее резьбу 164U с внешней резьбой 124L нижней секции. Поскольку гильза 170U соединена с соединительной гайкой 160U пальцами 172U, соединительная гайка 160U может перемещаться в осевом направлении в пространстве под гильзой 170U против поджатия пружины 165U, поскольку конические резьбы 124L/164U находятся в зацеплении друг с другом. Величину требуемого крутящего момента для свинчивания соединения можно регулировать с использованием надлежащего давления по манометру на приводном устройстве 220.

При вращении соединительную гайку 160U можно затягивать до ее входа в контакт с муфтой 136U. Затяжка соединительной гайки 160U создает состояние уплотнения металла к металлу между контактирующими поверхностями муфты 126L и ниппеля 132U. Этим исключается необходимость использования существенных эластомерных уплотнителей или других уплотнений, которые могут быть подвержены раздавливанию во время сборки. Для дополнительного улучшения уплотнения в конце 133U верхней секции можно выполнить паз для кольцевой прокладки круглого сечения (не показано) для уплотнения к внутренней поверхности нижней муфты 126L.

После завершения навинчивания рабочие-операторы снимают соединительную муфту 210 с приводного механизма 200, поднимают свинченные трубные секции 100L/100U райзера после освобождения нижней секции 100L от спайдер-элеватора. Для начала соединения с новой трубной секцией райзера рабочие-операторы затем спускают данные две собранные трубные секции 100L/100U райзера сквозь платформу и устанавливают соединительное устройство верхней трубной секции райзера (не показано) на спайдер-элеватор. После высвобождения штропов талевого блока рабочие-операторы захватывают новую верхнюю секцию райзера (не показано) спайдер-элеватором и помещают ее над секцией 100U райзера повторения всего процесса сборки с данной новой трубной секцией райзера.

Как ясно из вышеизложенного, способ сборки может значительно сокращать время, требуемое для монтажа/демонтажа трубной секции 100 райзера. Аналогично, при использовании алюминиевого свариваемого конструкционного сплава для трубной секции райзера, не требующего термообработки труб неполной готовности и их сварных соединений с соединительными устройствами, можно аналогично сокращать время и затраты, связанные с производством трубных секций райзера.

Другой вариант осуществления трубной секции 300 райзера показан на фиг.6A-7B. На фиг.6A-6B верхняя и нижняя трубные секции 300U-L райзера показаны скрепленными друг с другом. В отличие от предыдущего варианта осуществления, в котором использовали поджатие пружиной соединительной гайки, в настоящем варианте осуществления трубных секций 300 райзера этого нет. Как показано и аналогично предыдущему варианту осуществления, каждая секция 300U-L райзера имеет основную трубу 110, верхнее и нижнее соединительные устройства 120/130, вспомогательные опоры 140/145 и приводной механизм 200. В дополнение к указанному, каждая секция 300U-L райзера имеет другие компоненты, аналогичные предыдущему варианту осуществления, так что одинаковые позиции использованы для обозначения одинаковых компонентов.

В отличие от предыдущих вариантов осуществления вместе с тем верхнее соединительное устройство 120 имеет цилиндрическую муфту 126' и внешнюю резьбу 124', цилиндрическую или коническую. Кроме того, нижнее соединительное устройство 130 имеет цилиндрический ниппель 132' для соединения с верхней цилиндрической муфтой 126'. Каждая секция райзера 300U-L также имеет соединительную гайку 360 и гильзу 370, отличающиеся от предыдущих вариантов осуществления. Как лучше всего показано на фиг.6B, соединительная гайка 360 имеет верхний участок 362, прилегающий по окружности к нижнему соединительному устройству 130. Внутри соединительная гайка 360 имеет внутреннюю резьбу 364, являющуюся цилиндрической или конической. Снаружи соединительная гайка 360 имеет множество внешних гнезд 366 под шпонки.

Как и раньше, гильза 370 надета поверх соединительной гайки 360 и удерживается продольно неподвижной, но вращающейся вокруг нижнего соединительного устройства 130. Кроме того, верхний край 374 муфты имеет зубья конической шестерни, находящейся в зацеплении с приводным механизмом 200 для вращения гильзы 370. Вместо пальцев, имевшихся ранее для контакта с соединительной гайкой 360, вместе с тем гильза 370 имеет продольные пазы 376 вдоль своей внутренней поверхности. Данные пазы 376 удерживают шпонки или подшипники 380 в гнездах 366 под шпонки соединительной гайки 360, соединяя при этом гильзу 370 с соединительной гайкой 360. Данные шпонки 380 могут скользить продольно в пазах 376.

Сначала при скреплении верхней и нижней секции 300U-L райзера друг с другом, как показано на фиг.6A-6B, нижнее соединительное устройство 130 вставляется в верхнее соединительное устройство 120 так, что цилиндрический ниппель 132' нижнего устройства устанавливается внутри цилиндрической муфты 126' верхнего устройства. Соединительная гайка 360 остается установленной на расстоянии от внешней резьбы 124' на верхнем соединительном устройстве 120, так что верх 362 соединительной гайки входит глубоко в гильзу 370. Для удержания соединительной гайки 360 в данном верхнем положении ее внутренняя резьба 364 может просто находиться в контакте (но не в зацеплении) с внешней резьбой 124' на верхнем соединительном устройстве 120.

Когда рабочие-операторы затем приводят в действие приводной механизм 200, гильза 370 вращается. Посредством муфты из шпонок 380 в пазах 376 и гнездах 366 шпонок соединительная гайка 360 также вращается. При вращении резьба 364 соединительной гайки начинает свинчиваться с резьбой 124' верхнего соединительного устройства, и соединительная гайка 360 перемещается дополнительно вниз вдоль соединительного устройства 130. Гильза 370 вместе с тем остается в положении сцепления с приводным механизмом 200. При этом шпонкам 380 дана возможность перемещаться продольно в пазах 376, поскольку соединительная гайка 360 дополнительно находится в зацеплении с резьбой 124' соединительного устройства.

Рабочие-операторы продолжают приводить в движение гильзу 370 до надлежащего скрепления соединительной гайки 360 с верхним соединительным устройством 120, как показано на фиг.7A-7B. После скрепления верхний участок 362 гильзы сходится с муфтой 136, как показано на фиг.7B. Для дополнительного улучшения уплотнения нижнее соединительное устройство 130 может иметь кольцевой паз 135 для кольцевой прокладки круглого сечения (не показано), уплотняющейся к внутренней поверхности верхнего участка 362 соединительной гайки. Аналогично, верхнее соединительное устройство 120 может иметь кольцевой паз 125 для кольцевой прокладки круглого сечения (не показано), уплотняющейся к внутренней поверхности нижнего дальнего конца соединительной гайки.

В показанной на фиг.8-9 секции 300 райзера использован другой вариант осуществления гильзы 390 и приводного механизма 400. Как и ранее, верхняя и нижняя трубные секции 300U-L райзера соединены друг с другом с использованием гильзы и приводного механизма 400. В отличие от предыдущего варианта осуществления, где использовали зубья на коническом венце муфты, находящиеся в зацеплении с ведущей шестерней, в настоящем варианте осуществления используют цевочную шестерню или первую звездочку 391 на гильзе 390, входящую в зацепление с зубчатым колесом или второй звездочкой 404 зубчатого редуктора 403, соединенного с гидравлическим двигателем 401 высокого крутящего момента приводного механизма 400.

Как показано на фиг.8 и 9, разъемный вкладыш 392 установлен во внешний паз 393 вокруг нижнего соединительного устройства 130. Как лучше всего показано на фиг.9, вкладыш 392 поддерживает гильзу 390 с использованием винтов 394 (только один из которых показан). Как и ранее гильза 390, лучше всего показанная на фиг.8, надета на соединительную гайку 360 и вращается вокруг нижнего соединительного устройства 130. На своем верхнем конце гильза 390 имеет внешний круговой паз 395 и стальные шпильки 397, вставленные в отверстия 396 для создания цевочной шестерни 391 на верхнем конце гильзы 390. Как описано ниже, данная цевочная шестерня 391 может входить в зацепление с зубьями зубчатого колеса 404 приводного механизма 400 для вращения гильзы 390. Остальные компоненты секции 300 райзера совпадают с элементами, рассмотренными ранее.

Приводной механизм 400 включает в себя гидравлический двигатель 401 высокого крутящего момента, муфту 402 сцепления и зубчатый редуктор 403 с зубчатым колесом 404 на конце. Данные компоненты опираются на раму 406, которая, в свою очередь, опирается на опорную плиту 408 и несущую колонну 407. Рама 406 является перемещающейся на опорной плите 408 с использованием вращающихся роликов 410, установленных на опорах 409 подшипников, соединенных с опорной плитой 408.

При выполнении работы рама 406 перемещается на роликах 410 от верхней и нижней секций 300U-L райзера при их первоначальном скреплении друг с другом, так что приводной механизм 400 убирают с пути установки секций 300U-L и вспомогательных труб 150. Когда секции 300U-L полностью установлены на место и вспомогательные трубы 150 скреплены, рабочие-операторы перемещают приводной механизм 400 на роликах 410 так, что зубчатое колесо 404 зубчатого редуктора входит в зацепление со шпильками 397 цевочной шестерни 391 гильзы. Предпочтительно, цевочная форма сцепления между зубчатым колесом 404 и цевочной шестерней 391 не требует точного совмещения или зацепления между зубьями и имеет упрощенную конструкцию.

Приводимое в действие двигателем 401, муфтой сцепления 402 и зубчатым редуктором 403 зубчатое колесо 404 вращает цевочную шестерню 391 и гильзу 390. В свою очередь, гильза 390 вращает соединительную гайку 360 и вводит в зацепление резьбу 364 гайки с внешней резьбой 124' нижней секции. При навинчивании соединительная гайка 360 перемещается дополнительно вниз вдоль соединительного устройства 130, тогда как гильза 390 остается на месте, соединенная с приводным механизмом 400. При этом шпонкам 380 дана возможность перемещаться продольно в пазах 376, когда соединительная гайка 360 дополнительно сцепляется с резьбой 124' соединительного устройства. Рабочие-операторы продолжают приводить в действие гильзу 390 до надлежащего скрепления соединительной гайки 360 с верхним соединительным устройством 120. После скрепления верхний участок 362 соединительной гайки сходится с муфтой 136, как показано на фиг.8. Величину требуемого крутящего момента для свинчивания соединения можно регулировать с использованием надлежащего давления по манометру (не показано) на приводном механизме 400.

Приведенное выше описание предпочтительных и других вариантов осуществления не направлено на ограничение или сужение объема применимости концепции изобретения, предложенной заявителями. Должно быть ясно, что хотя этапы сборки описаны для соединения секций райзера друг с другом, работу в обратном порядке можно выполнять для раскрепления секций райзера друг от друга. Хотя выше описаны конические шестерни и звездочки, должно быть ясно, что другие типы шестерен или соединений можно использовать для передачи вращения от привода на муфту. Для изобретательских концепций, содержащихся в данном документе, заявители считают все права на патент изложенными в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, прилагаемая формула изобретения включает в себя все модификации и изменения в той степени, в которой они соответствуют объему следующей формулы изобретения или его эквивалентов.

Алюминиевая компоновка (40) райзера имеет множество трубных секций (42) райзера, соединяющихся друг с другом для образования колонны райзера. Когда верхняя и нижняя трубные секции райзера собраны, фиксаторы (145) служат опорой вспомогательных труб, несущих линии гидравлического управления. Привод (220) вращает гильзу (170), опирающуюся с возможностью вращения на верхнюю трубную секцию райзера. Гильза вращает соединительную гайку (160), размещенную с возможностью вращения на верхней трубной секции райзера. При вращении соединительная гайка перемещается в осевом направлении вдоль трубной секции райзера и навинчивается на нижнюю трубную секцию райзера. Соединительная гайка затягивается до входа в контакт с внешней муфтой (136) для завершения скрепления верхней и нижней трубных секций райзера. Весь процесс можно затем повторить для свинчивания дополнительных верхних трубных секций райзера с колонной райзера. 5 н. и 20 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Трубная секция райзера, содержащая:
трубу, имеющую первый и второй концы;
первое соединительное устройство, приваренное к первому концу трубы, причем первое соединительное устройство имеет первую внутреннюю поверхность и первую внешнюю поверхность с внешней резьбой;
второе соединительное устройство, приваренное ко второму концу трубы, причем второе соединительное устройство имеет внешнюю муфту и вторую внешнюю поверхность, соединяющуюся первой внутренней поверхностью; соединительную гайку, размещенную вокруг второго соединительного устройства с возможностью перемещения в осевом направлении и вращения на устройстве, причем соединительная гайка выполнена с возможностью соединения с внешней муфтой и имеет вторую внутреннюю поверхность, имеющую внутреннюю резьбу, соединяющуюся с внешней резьбой первого соединительного устройства другой трубной секции райзера; и гильзу, вращающуюся на втором соединительном устройстве и соединенную с соединительной гайкой, причем гильза имеет первую шестерню и выполнена с возможностью вращения от первой шестерни вокруг второго соединительного устройства, при этом вращение муфты приводит во вращение соединительную гайку для соединения с первым соединительным устройством другой трубной секции райзера.

2. Секция райзера по п.1, дополнительно содержащая:
первый фиксатор, выполненный с возможностью соединения вокруг первого соединительного устройства и поддерживающий, по меньшей мере, одну вспомогательную трубу, примыкающую к трубной секции райзера; и второй фиксатор, выполненный с возможностью соединения вокруг второго соединительного устройства и поддерживающий, по меньшей мере, одну вспомогательную трубу, примыкающую к трубной секции райзера.

3. Секция райзера по п.1, в которой первая шестерня является конической шестерней, расположенной вокруг края гильзы.

4. Секция райзера по п.3, дополнительно содержащая приводной вал с ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с конической шестерней, при этом вращение приводного вала вокруг оси вращает гильзу вокруг перпендикулярной ей оси второй трубной секции райзера.

5. Секция райзера по п.4, в которой фиксатор, размещенный вокруг трубной секции райзера, служит опорой приводного вала.

6. Секция райзера по п.1, дополнительно содержащая пружину, размещенную вокруг трубной секции райзера между гильзой и соединительной гайкой и поджимающую соединительную гайку к внешней муфте.

7. Секция райзера по п.1, в которой соединительная гайка содержит множество пазов, и при этом гильза содержит множество выступающих пальцев, соединяющихся с пазами и продольно перемещающихся в них.

8. Секция райзера по п.1, в которой гильза содержит, по меньшей мере, один продольный паз, выполненный во внутренней поверхности, соединительная гайка имеет, по меньшей мере, один карман, выполненный во внешней поверхности соединительной гайки и установленный вплотную к внутренней поверхности гильзы, и трубная секция райзера, дополнительно содержащая, по меньшей мере, одну шпонку, размещенную, по меньшей мере, в одном кармане и, по меньшей мере, в одном продольном пазе.

9. Секция райзера по п.1, в которой трубные секции райзера выполнены из алюминиевого сплава.

10. Секция райзера по п.1, в которой второе соединительное устройство имеет внешний паз, выполненный по окружности, и в которой пружинное запорное кольцо, установленное во внешнем пазу, поддерживает гильзу на втором соединительном устройстве.

11. Секция райзера по п.1, в которой первая шестерня является первой звездочкой, размещенной по окружности гильзы.

12. Секция райзера по п.11, дополнительно содержащая привод, имеющий вторую звездочку, входящую в зацепление с первой звездочкой, при этом вращение второй звездочки вокруг оси вращает гильзу вокруг параллельной оси второй трубной секции райзера.

13. Секция райзера по п.1, дополнительно содержащая установленный перемещающимся привод со второй шестерней, входящей в зацепление с первой шестерней гильзы.

14. Секция райзера по п.13, в котором привод установлен с возможностью перемещения на роликах.

15. Устройство райзера, содержащее:
первую трубную секцию райзера, имеющую первый конец с первой внешней резьбой; вторую трубную секцию райзера, имеющую второй конец с внешним уступом; соединительную гайку, размещенную на втором конце, и перемещающуюся в осевом направлении, и вращающуюся на конце, при этом соединительная гайка выполнена с возможностью зацепления с внешним уступом и имеет первую внутреннюю резьбу; и
гильзу, размещенную на втором конце и соединенную с соединительной гайкой, при этом гильза имеет первую шестерню и выполнена с возможностью вращения посредством первой шестерни, при этом первый конец первой трубной секции райзера присоединен ко второму концу второй трубной секции райзера, и при этом вращение гильзы на трубной секции райзера посредством первой шестерни вращает соединительную гайку и свинчивает первую внутреннюю резьбу соединительной гайки с первой внешней резьбой второй трубной секции райзера.

16. Устройство райзера, содержащее:
множество трубных секций райзера, каждую из трубных секций райзера имеющую первый конец с первой внешней резьбой, второй конец с внешним уступом, соединительную гайку, размещенную на втором конце, и перемещающуюся в осевом направлении, и вращающуюся на конце, при этом соединительная гайка выполнена с возможностью зацепления с внешним уступом и имеет первую внутреннюю резьбу, и гильзу, размещенную на втором конце и соединенную с соединительной гайкой, муфту, имеющую первую шестерню и вращающуюся посредством первой шестерни, при этом первый конец первой из трубных секций райзера присоединен ко второму концу второй из трубных секций райзера, и при этом вращение гильзы на первой трубной секции райзера посредством первой шестерни вращает соединительную гайку и свинчивает первую внутреннюю резьбу соединительной гайки с первой внешней резьбой второй трубной секции райзера.

17. Морская система бурения и добычи, содержащая:
платформу; и райзер, соединенный с платформой, содержащий множество трубных секций райзера, соединенных в непрерывную цепь, при этом каждая из трубных секций райзера содержит: первый конец с первой внешней резьбой, второй конец с внешней муфтой, соединительную гайку, размещенную на втором конце, и перемещающуюся в осевом направлении, и вращающуюся на конце, при этом соединительная гайка выполнена с возможностью зацепления с внешней муфтой и имеет первую внутреннюю резьбу, и гильзу, размещенную на втором конце и соединенную с соединительной гайкой, при этом гильза имеет первую шестерню и выполнена с возможностью вращения посредством первой шестерни, при этом первый конец первой из трубных секций райзера присоединен ко второму концу второй из трубных секций райзера, и при этом вращение муфты на первой трубной секции райзера посредством первой шестерни вращает соединительную гайку и свинчивает первую внутреннюю резьбу соединительной гайки с первой внешней резьбой второй трубной секции райзера.

18. Способ сборки райзера, в котором осуществляют:
опирание нижней трубной секции райзера; присоединение первого конца верхней трубной секции райзера ко второму концу нижней трубной секции райзера; соединение привода с шестерней на верхней трубной секции райзера; вращение соединительной гайки на верхней трубной секции райзера посредством приводного механизма и шестерни; и соединение верхней трубной секции райзера с нижней трубной секцией райзера навинчиванием соединительной гайки на второй конец нижней трубной секции райзера.

19. Способ по п.18, в котором дополнительно осуществляют:
установку первого фиксатора вокруг первого конца верхней трубной секции райзера; установку второго фиксатора вокруг второго конца нижней трубной секции райзера; и подсоединение, по меньшей мере, одной вспомогательной трубы между первым и вторым фиксаторами вблизи верхней и нижней трубными секциями райзера.

20. Способ по п.18, в котором вращение соединительной гайки включает поджатие соединительной гайки ко второму концу нижней трубной секции райзера.

21. Способ по п.18, в котором вращение соединительной гайки включает вращение гильзы на верхней трубной секции райзера посредством привода и шестерни и соединение гильзы с соединительной гайкой, вращающейся с гильзой и перемещающейся в осевом направлении относительно гильзы.

22. Способ по п.21, в котором дополнительно осуществляют опирание гильзы в осевом направлении на верхнюю трубную секцию райзера.

23. Способ по п.18, в котором дополнительно осуществляют сварку первого конца на первой трубе верхней трубной секции райзера и сварку второго конца на второй трубе нижней трубной секции райзера.

24. Способ по п.18, в котором дополнительно осуществляют размещение фиксатора вокруг верхней трубной секции райзера и опирание шестерни на фиксатор.

25. Способ по п.18, в котором дополнительно осуществляют:
высвобождение нижней трубной секции райзера; спуск компоновки райзера и повторение действий присоединения, скрепления, вращения и свинчивания для соединения другой верхней трубной секции райзера с компоновкой райзера.