РАЙЗЕР Российский патент 2012 года по МПК F16L23/24 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Морские буровые установки, такие как неподвижные платформы, самоподъемные платформы, плавучие и/или полупогружные платформы и буровые суда с динамическим позиционированием, используют в добыче углеводородов под морским дном на больших глубинах. Колонна райзера обычно создается между плавучей платформой и оборудованием устья скважины на морском дне. Обычный морской райзер содержит цилиндрическую трубу или колонну, изготовленную из черного металла, например, стали, установленную вертикально между морским дном и буровой платформой на поверхности. Райзер обычно содержит множество трубных секций или звеньев, соединенных непрерывной цепью в колонну между поверхностью и стволом скважины. Растущий спрос на бурение в более глубоких водах требует использования дополнительной трубы райзера для перекрывания расстояния между морским дном и плавучей платформой.

В одном варианте обычный бурильный райзер содержит основную толстостенную трубу внешним диаметром 21 дюйм (533 мм) с приваренными соединительными устройствами на каждом конце, обычно фланцами. Штуцерная линия и линия глушения, линия гидравлической системы управления и линия подачи бурового раствора для ускорения восходящего потока окружают основную трубу с соединениями на фланцах и опираются на хомуты. Существующее оборудование позволяет выполнять экструзию 36-футовых (11-метровых) труб с внешним диаметром до 22,4 дюйма (570 мм) и толщиной стенок от 1,2 дюйма (30 мм) до 1,4 дюйма (35 мм). Обслуживающие линии соединены с основной трубой с использованием сварных ленточных хомутов. Хомуты необходимы для предотвращения скручивания обслуживающих линий, препятствования смещению модуля плавучести и обеспечения несения блоков коррозионной защиты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Соответственно, настоящим изобретением создан улучшенный райзер для применения в морских буровых работах. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, райзер для применения в морских буровых работах содержит множество секций, соединенных последовательно в цепь, при этом каждая секция райзера содержит трубу, имеющую первый конец и второй конец, первый фланец, механически соединенный с первым концом трубы, и второй фланец, механически соединенный со вторым концом трубы, при этом труба по длине имеет изменяющуюся толщину стенки.

В еще одном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к множеству секций райзера, соединенных последовательно в цепь, при этом каждая секция райзера содержит трубу, имеющую первый конец и второй конец, первый фланец, механически соединенный с первым концом трубы, и второй фланец, механически соединенный со вторым концом трубы, при этом труба выполнена из алюминиевого сплава и фланцы выполнены из алюминиевого сплава.

В другом варианте осуществления устройство райзера может, при необходимости, включать в себя одну или несколько вспомогательных линий, создающих гидравлическую связь с противовыбросовым превентором. Вспомогательные линии могут, без ограничений этим, включать в себя штуцерную линию и линию глушения, линию гидравлической системы управления и линию подачи бурового раствора для ускорения восходящего потока. В связи с оборудованием вспомогательных линий также можно создавать телескопические соединения для обеспечения растяжения райзера при перемещении плавучей буровой установки вследствие таких факторов, как морские течения, волны и ветер.

Для более полного понимания настоящего изобретения и его признаков и преимуществ приводится следующее подробное описание, вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие цели, преимущества, признаки и отличия настоящего изобретения, а также способы, работа и функции взаимосвязанных элементов конструкции и объединение частей и экономические факторы производства должны стать ясными при рассмотрении следующего описания и пунктов формулы изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, являющиеся частью данного подробного описания изобретения, в котором одинаковые номера позиций указывают соответствующие части на различных фигурах.

На фигуре 1 показана соединительная муфта с конической /трапецеидальной/ с разрывами резьбой одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 2 показана соединительная муфта с термоусадочной втулкой одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 3 показана соединительная муфта с разъемной втулкой одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 4 показана соединительная муфта с установкой замка ковкой одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 5 показана соединительная муфта с обжимом замка при вращении одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 6 показана соединительная муфта с образованием замка магнитными импульсами одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 7 показана соединительная муфта c с образованием замка на раструбе одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 8 показана соединительная муфта с образованием замка разъемной запирающей деталью одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 9 показана соединительная муфта с образованием замка приложением гидравлического давления одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигурах 10 и 10A-10C показана соединительная муфта c использованием в замке резьбовых шпилек одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 11 показана соединительная муфта с быстроразъемным соединением одного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фигурах 12 и 12A показана соединительная муфта с разъемным фланцем одного варианта осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Морская буровая установка содержит буровую вышку, опирающуюся на платформу. Платформа плавает в акватории над морским дном, опираясь на один или несколько понтонов. Вышка выполняет функции бурения ствола скважины при развертывании и откачки нефти или других видов ископаемого топлива из скважины.

Райзер проходит от платформы к буровому оборудованию и противовыбросовому превентору, содержащему ряд задвижек, которые могут закрываться для предотвращения любых аварийных выбросов. Основные функции райзера заключаются в направлении бурильной трубы и инструментов в ствол скважины и создании пути прохождения обратного потока бурового раствора, циркуляция которого по нему осуществляется.

Райзер содержит множество удлиненных трубных звеньев или секций райзера, соединенных вместе. В одном варианте осуществления, каждая секция райзера имеет высокое отношение предела прочности к массе, такое, что каждая секция райзера может противостоять давлению материала, заключенного в ней, а также выдерживать палубную нагрузку и нагрузку, обусловленную навешиванием дополнительных секций райзера. В другом варианте осуществления, секции райзера способны выдерживать тепловые воздействия и воздействия коррозии от бурового раствора и соленой воды.

Райзеры также используют для заканчивания скважины и капитального ремонта скважины. Данные райзеры могут представлять собой отдельные райзеры с требуемыми функциональными возможностями или райзеры заканчивания/капитального ремонта с объединенными функциональными возможностями. Райзер заканчивания обычно используют для спуска подвески насосно-компрессорной трубы и насосно-компрессорной трубы через бурильный райзер и противовыбросовый превентор. Райзер капитального ремонта скважины используют вместо бурильного райзера для повторного входа в скважину через донную фонтанную арматуру в открытом море. Данный райзер также можно использовать для установки донной фонтанной арматуры. Райзер заканчивания/капитального ремонта скважины должен объединять необходимые функциональные признаки обоих райзеров. Такие райзеры имеют, в общем, меньший диаметр (внутренний диаметр 5,25 дюймов (133 мм) и их собирают с использованием трубных звеньев по 45 футов (13,7 м).

Эксплуатационные райзеры или райзеры плавучих нефтедобывающих систем представляют собой трубопроводы между подводным оборудованием и платформой на поверхности. Райзер является стыкующим устройством между статичной структурой на морском дне и динамичной плавучей нефтедобывающей системой. В результате, он должен воспринимать соответствующие динамические нагрузки в дополнение к своему основному предназначению по удерживанию в себе текучей среды и давления. Диаметр эксплуатационного райзера может значительно изменяться в зависимости от используемого типа, но обычно, может иметь внешний диаметр 12 дюймов (305 мм). Эксплуатационные райзеры изготавливают посредством сварки или резьбовых и муфтовых соединений в зависимости от типа.

После доставки добываемой текучей среды по «эксплуатационному райзеру» на плавучую нефтедобывающую систему или на верхнюю конструкцию платформы, происходит отделение нефти от потока нефти, газа и воды из скважины, затем нефть транспортируют с верхнего строения платформы на подводный трубопровод через «отгрузочный райзер». Отгрузочный райзер является, в общем, сварной стальной трубчатой конструкцией и прокладывается в форме простой цепной линии.

В одном варианте осуществления труба и первое и второе фланцевые соединительные муфты изготавливаются из материала, обладающего одним или несколькими из следующих свойств: минимальный предел текучести составляет от около 50 до около 90 тысяч фунт/дюйм² (3500-6300 кг/см²), точнее, от около 68 и до около 80 тысяч фунт/дюйм² (4760-5600 кг/см²), и предел прочности на разрыв (UTS), по меньшей мере, приблизительно от 58 до 750 тысяч фунт/дюйм² (4060-52500 кг/см²). В одном варианте осуществления настоящего изобретения, но необязательно, материал имеет плотность, равную приблизительно одной трети плотности стали.

В другом варианте осуществления, вспомогательные линии могут включать в себя, без ограничения этим, трубы штуцерной линии и линии глушения скважины, трубы гидравлической системы управления и трубы подачи бурового раствора для ускорения восходящего потока. Вспомогательные линии установлены снаружи трубы и функционируют для создания гидравлической связи с противовыбросовым превентором и оборудованием устья скважины.

В другом варианте осуществления, механическая соединительная деталь находится между одним концом трубы и фланцевым соединением. Механическую соединительную деталь можно также использовать для соединения вместе двух, в общем, цилиндрических трубных частей. Механическая соединительная деталь исключает обычный процесс сварки фланцевой соединительной муфты с трубой. Механическая соединительная деталь заменяет процесс сварки, который является проблематичным, поскольку прочность сварного шва всегда ниже прочности основного металла. Дополнительно, устойчивость к коррозии сварного шва и/или зон, подвергшихся нагреву при сварке, зачастую ниже, чем у основного металла.

В еще одном варианте осуществления механические соединения используют вместо сварных соединений. Подходящие механические соединения включают в себя, без ограничения этим, резьбовое соединение, болтовое или другие виды обычных механических соединений. Преимущества механического соединения могут включать в себя способность поддерживать свойства основного металла в соединении, такие как прочность и устойчивость к коррозии. В другом примере, где требуются многочисленные трубные секции для составления секции райзера, данные трубные секции можно соединять соединительными муфтами. В еще одном варианте осуществления область соединения снабжена уплотнителем.

В еще одном варианте осуществления секция райзера также включает в себя резьбовую вставку, болт и ниппель для надежного муфтового соединения колонны или ряда секций райзера вместе. Секция райзера дополнительно включает в себя гнездо вспомогательной линии, стопорную гайку вспомогательной линии, замковую муфту вспомогательной линии, трубу вспомогательной линии и телескопический ниппель вспомогательной линии для крепления каждой вспомогательной линии способом, который должен быть понятен специалистам в данной области техники. Телескопический замковый ниппель эффективно функционирует для обеспечения зазора между соединительными муфтами секций райзера для обеспечения перемещения при растяжении.

В дополнительном варианте осуществления, система алюминиевого бурильного райзера настоящего изобретения содержит секции райзера, в которых труба выполнена с изменяемой толщиной стенки вдоль отрезка длины трубы. Например, стенки трубы могут быть толще на концах, где размещены механические соединения.

В одном варианте секции трубы имеют длину приблизительно 33 фута (10,1 м), при этом две трубы и два фланца составляют секцию райзера (всего, приблизительно 75 футов (22,9 м). Способ и устройство настоящего изобретения относятся к увеличению толщины стенки в области механического соединения, что уменьшает общую потерю несущей способности райзера. В одном варианте осуществления толщина увеличена до нормы основного металла для прочности зоны механического соединения. Например, толщину можно увеличить, по меньшей мере, на 30% в зоне механического соединения.

В другом варианте осуществления толщину стенки трубы либо непрерывно изменяют или изменяют на одну ступень или несколько ступеней на длине отрезка трубы. В другом примере изменяют длину отрезка трубы с большей толщиной стенки (например, при более коротком таком отрезке получают образец минимального веса, но длина должна превышать длину зоны сварки, включающую в себя зоны термического воздействия, для максимальной эффективности). При варианте с одной ступенью, степень уменьшения толщины является другим переменным параметром, например, более быстродействующим, быстрорастущим. В одном конкретном варианте использования одной ступени, при длине 1-3 фута (0,3-0,9 м) толстостенной секции имеется длина 1-2 фута (0,3-0,6 м), где толщина снижается. В еще одном варианте осуществления изменяют внешний диаметр и/или внутренний диаметр.

В еще одном варианте осуществления можно использовать многочисленные способы для получения конической формы. Например, коническую форму можно получить посредством станочной обработки и/или обработки металлов, перемещающей материал, вместо его удаления.

Настоящее изобретение можно использовать для любого материала, любой геометрической формы и любого способа изготовления, применяемого для райзера. В еще одном варианте осуществления материалом является алюминиевый сплав. В еще одном варианте осуществления труба является экструдированной трубой с экструзионной технологией, используемой для создания геометрической формы.

Подходящие материалы включают в себя, помимо прочего, такие марки стали, как AA6063-T6, AA6061-T6, AA2219-T6 или AA2219-T8, AA2519-T8, AA7039-T6 и AA7005-T6 или марки стали с возможностью ротационной сварки трением, такие как AA7075-T6, AA7050-T76, AA7050-Т74, AA7055-T77, AA7055-T76, AA7085-T6, AA7085-T76 или сплавы с возможностью смешанной сварки, такие как AA2099-T8, AA2199-T8 или AA2195-T8.

Подходящие материалы также включают в себя, помимо прочего, алюминиевые сплавы 2XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX согласно Ассоциации Алюминия и Российским эквивалентам этой группы сплавов. В еще одном варианте осуществления подходящие материалы также включают в себя, без ограничения этим, сплавы Al-Li для устойчивости к коррозии.

На фигуре 1 показана соединительная муфта с конической /трапецеидальной/ с разрывами резьбой одного варианта осуществления настоящего изобретения. Разрыв резьбы допускает приложение линейной нагрузки с частичным вращением для запирания. Трапецеидальная резьба выполнена с возможностью несения высоких осевых нагрузок. Следовательно, труба райзера и фланец имеют такую резьбу, чтобы трубу райзера вставлять во фланец и поворачивать, для ввода резьб в зацепление.

На фигуре 2 показана соединительная муфта с термоусадочной втулкой одного варианта осуществления настоящего изобретения. Фланец или резьбу нагревают для расширения вокруг трубы райзера и затем охлаждают, создавая соединение труб обжатием. Другие признаки могут быть предусмотрены в поверхности раздела компонентов для улучшения механической блокировки.

На фигуре 3 показана соединительная муфта с разъемной втулкой одного варианта осуществления настоящего изобретения. Разъемная втулка включает в себя признаки для улучшения механической блокировки, предусмотренные в конструкции фланца или втулки или трубы. Фланец и втулка являются разъемными. Присоединение к трубе райзера совершается посредством болтового крепления вместе половин фланца и втулки, с захватом, таким образом, трубы райзера.

На фигуре 4 показана соединительная муфта с установкой замка ковкой одного варианта осуществления настоящего изобретения. Инструмент устанавливает ковкой фланец или втулку на трубу райзера.

На фигуре 5 показана соединительная муфта с обжимом замка при вращении одного варианта осуществления настоящего изобретения. Инструмент поступательно образует фланец или втулку на трубе райзера. Инструмент или агрегат вращается вместе с подачей инструментом трубы райзера.

На фигуре 6 показана соединительная муфта с образованием замка магнитными импульсами одного варианта осуществления настоящего изобретения. Фланец или втулку на трубу райзера устанавливают ковкой с помощью импульсной магнитной нагрузки.

На фигуре 7 показана соединительная муфта c образованием замка на раструбе одного варианта осуществления настоящего изобретения. Высадку или раструб на трубе райзера захватывают в разъемный фланец и на месте закрепляют болтами.

На Фигуре 8 показана соединительная муфта с образованием замка разъемной запирающей деталью одного варианта осуществления настоящего изобретения. Кольцо разъемной запирающей детали заклинивается и блокируется натяжением в райзере. Стопорное кольцо или штифт удерживает переходную муфту на месте, когда райзер не натянут. В одном варианте осуществления, фланцевую муфту устанавливают на трубу райзера после сцепления последней с запирающей деталью. Разъемное кольцо запирающей детали крепится к трубе райзера. Фланцевая муфта перемещается назад к концу трубы райзера и заклинивает кольцо запирающей детали. Стопорное кольцо или штифт устанавливают для удержания фланцевой муфты на месте.

На фигуре 9 показана соединительная муфта с образованием замка с приложением гидравлического давления одного варианта осуществления настоящего изобретения. Участок трубы райзера является расширенным и запирается во фланце. Внутреннее давление прикладывают к контролируемой секции трубы райзера. Можно использовать разнообразные геометрические формы и контактные поверхности соединения.

На фигуре 10 показана соединительная муфта c использованием в замке резьбовых шпилек одного варианта осуществления настоящего изобретения. Фигуры 10A-C дополнительно показывают вариант осуществления. На фигуре 10C показаны резьбы шпилек замкового ниппеля на трубе. Затягивание болтов "поджимает" фланец на конические секции трубы.

На фигуре 11 показана соединительная муфта с быстроразъемным соединением c обжимом и расклиниванием одного варианта осуществления настоящего изобретения. Клин создает обжимающее стягивающее усилие под осевой нагрузкой.

На фигуре 12 показана соединительная муфта с разъемным фланцем одного варианта осуществления настоящего изобретения. Фигура 12A является дополнительной иллюстрацией.

Хотя данное изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, данное описание не должно восприниматься, как ограничивающее. Различные модификации и комбинации иллюстративных вариантов осуществления, как и другие варианты осуществления изобретения, должны быть ясны специалистам в данной области техники при обращении к описанию. При этом прилагаемая формула изобретения является охватывающей любые модификации или варианты осуществления.

Изобретение относится к устройству райзера для использования в морском бурении на нефть или другие виды ископаемого топлива. Райзер содержит множество секций райзера, соединенных в непрерывную цепь. Каждая секция райзера содержит трубу, имеющую первый конец и второй конец, первый фланец, механически соединенный с первым концом трубы, второй фланец, механически соединенный со вторым концом трубы. Труба выполнена из алюминиевого сплава, и фланцы выполнены из алюминиевого сплава. Труба выполнена из первого металлического материала, и первый и второй фланцы выполнены из второго металлического материала и приспособлены для соединения множества секций райзера в непрерывную цепь. Первое и второе механические соединения не являются сварными и достаточно зафиксированы посредством резьбы, выбранной из группы, состоящей из конической резьбы, трапецеидальной резьбы или резьбы с разрывами, для обеспечения выдерживания множеством соединенных секций райзера динамических нагрузок, прикладаваемых массой воды, в которой подвешены секции райзера. Изобретение повышает надежность соединения устройства. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Райзер, содержащий множество металлических секций райзера, соединенных в непрерывную цепь, при этом каждая секция райзера содержит трубу, имеющую первый конец и второй конец, первый фланец, механически соединенный с первым концом трубы с образованием первого механического соединения, второй фланец, механически соединенный со вторым концом трубы с образованием второго механического соединения, при этом труба выполнена из первого металлического материала, и первый, и второй фланцы выполнены из второго металлического материала и приспособлены для соединения множества секций райзера в непрерывную цепь, при этом первое и второе механические соединения не являются сварными и достаточно зафиксированы посредством резьбы, выбранной из группы, состоящей из конической резьбы, трапецеидальной резьбы или резьбы с разрывами, для обеспечения выдерживания множеством соединенных секций райзера динамических нагрузок, прикладаваемых массой воды, в которой подвешены секции райзера.

2. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем термоусадочной муфтой.

3. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем разъемной втулкой.

4. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем установкой замка ковкой.

5. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем обжимом замка при вращении.

6. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем с образованием замка магнитными импульсами.

7. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем с образованием замка на раструбе.

8. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем с образованием замка разъемной запирающей деталью.

9. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем с образованием замка приложением гидравлического давления.

10. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем с использованием в замке резьбовых шпилек.

11. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем быстроразъемным соединением.

12. Райзер по п.1, в котором первый конец трубы механически соединен с первым фланцем разъемным фланцем.

13. Райзер по п.1, в котором труба по длине имеет изменяющуюся толщину стенки для обеспечения увеличенной толщины стенки на концах трубы, где расположены механические соединения.

14. Райзер по п.1, в котором первый и второй металлические материалы являются одинаковыми и выбраны из группы, состоящей из алюминия, стали, меди и титана.

15. Райзер по п.1, в котором первый и второй металлические материалы являются разными и выбраны из группы, состоящей из алюминия, стали, меди и титана.

16. Райзер по п.1, который имеет длину, составляющую, по меньшей мере, 1500 м.

17. Райзер по п.1, в котором первый и второй металлические материалы являются одинаковыми и выбраны из группы, состоящей из алюминия, стали, меди, титана, алюминиевого сплава, стального сплава, медного сплава, никелевого сплава и титанового сплава.

18. Райзер по п.1, в котором труба, по меньшей мере, одной секции райзера содержит первую часть и вторую часть, соединенные между собой третьим не сварным механическим соединением.

19. Бурильный металлический райзер, содержащий множество секций райзера, соединенных в непрерывную цепь, при этом каждая секция райзера содержит трубу, имеющую первый конец и второй конец, первый фланец, механически соединенный с первым концом трубы с образованием первого механического соединения, второй фланец, механически соединенный со вторым концом трубы с образованием второго механического соединения, при этом труба выполнена из первого металлического материала, и первый, и второй фланцы выполнены из второго металлического материала и приспособлены для соединения множества секций райзера в непрерывную цепь, при этом первый и второй металлические материалы являются разными и выбраны из группы, состоящей из алюминия, стали, меди и титана, и первое, и второе механические соединения не являются сварными и достаточно зафиксированы для обеспечения выдерживания множеством соединенных секций райзера динамических нагрузок, прикладаваемых массой воды, в которой подвешены секции райзера.

20. Райзер по п.19, в котором первое и второе механические соединения зафиксированы посредством резьбы, выбранной из группы, состоящей из конической резьбы, трапецеидальной резьбы или резьбы с разрывами.

21. Райзер по п.19, в котором труба, по меньшей мере, одной секции райзера содержит первую часть и вторую часть, соединенные между собой третьим не сварным механическим соединением.