СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ ОРИЕНТАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК E21B19/00 E21B43/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к подводным устьевым устройствам. В частности, изобретение относится к инструментам и способам установки подводных устьевых устройств, таких как устьевая фонтанная арматура и другое устьевое оборудование.

Уровень техники

В настоящее время устьевые устройства обычно устанавливают путем использования буровой платформы и бурильной колонны для их развертывания. Отдельный шлангокабель, проходящий от буровой платформы к устьевому оборудованию, подводит сжатые текучие среды для испытания и ввода в эксплуатацию, а также подводит линии электрического питания и управления. Обычно в работе также используется один или более подводных аппаратов с дистанционным управлением. Время и используемое оборудование являются очень дорогостоящими. На мелководье, если буровая платформа находится на месте проведения работ и начала бурение, а затем используется для установки нескольких единиц фонтанной арматуры и другого устьевого оборудования, издержки могут быть ощутимыми, особенно если буровая платформа используется по контакту. На глубоководье, глубина которого может составлять тысячи метров и при большом количестве устьев скважин издержки могут быть огромными. Иногда буровая платформа должна возвращаться для дополнительных испытаний и установочных работ, что еще более увеличивает издержки. Работы по соединению бурильных колонн в длины до нескольких тысяч метров, большие барабаны со шлангокабелями, аппаратура для гидравлических силовых блоков, емкости для гидравлической жидкости и газа для испытаний - все это является дорогостоящим и требующим при использовании много времени. Большие массы и большие размеры перечисленных изделий требуют много места и могут требовать размещения нескольких контейнеров на палубе буровой платформы. Таким образом, имеется необходимость в технологии, пригодной для установки и испытания подводных устьевых устройств без использования буровой платформы, и необходимость в технологии, которая значительно уменьшает количество необходимого оборудования и продолжительность таких работ.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение удовлетворяет названную выше потребность.

В частности, изобретением предлагается инструмент для подводной установки и подводного испытания устьевых модулей или оборудования, таких как фонтанная арматура и т.п., с корабля с использованием корабельного крана, отличающийся тем, что он содержит подводный блок, содержащий соединительное устройство для разъемного присоединения к устьевым модулям или устьевому оборудованию, средства для позиционирования и средства для испытания, а также соединительное устройство для электрического питания и электрического и/или оптического управления.

Инструмент не имеет подачи гидравлической жидкости или газа через шлангокабель или иную нагнетательную линию с поверхности, поскольку лишь электрическое питание и электрические и/или оптические сигналы управления передаются между поверхностью и областью устья скважины. Инструмент адаптирован для манипулирования им с помощью корабельного крана, при этом он подвешен на тросе или канате, с которым соединен с помощью подъемных петель, спредера или подобных средств. Инструмент, помимо подводного блока, содержит надводные средства управления и соединение с источником электрического питания и указанными средствами управления. Подводный блок соединен с надводным оборудованием с помощью электрического/оптического кабеля или, в других случаях, через подводный аппарат с дистанционным управлением, соединенный с этим подводным блоком, т.е. кабель системы подводного аппарата с дистанционным управлением может быть использован для питания подводного блока и управления подводным блоком. Соответственно, трубка или шланг для сжатой текучей среды между кораблем и инструментом не используется ни для установки, ни для ввода в эксплуатацию, ни для испытания, что обеспечивает значительное преимущество изобретения перед стандартными технологиями, в частности, в случаях, когда глубина велика, а устьевых устройств много.

Инструмент пригоден для установки, испытания всех функций и коммуникации со всеми датчиками подводного оборудования, в частности устьевой фонтанной арматуры, устьевых модулей, насосов, компрессоров и блоков различных типов, в частности оборудования, которое является слишком тяжелым и/или крупным для установки и испытания с использованием стандартных систем подводных аппаратов с дистанционным управлением и стандартных инструментов.

Предпочтительно инструмент содержит средства для присоединения подводного блока к подводному аппарату с дистанционным управлением для питания подводного блока и управления подводным блоком с надводных средств управления через подводный аппарат с дистанционным управлением и его кабель. Средства для присоединения к подводному аппарату с дистанционным управлением представляют собой предпочтительно один или более стыковочных узлов с разъемами и соединительными приспособлениями, выполненными с возможностью рабочего соединения с соответствующими средствами подводного аппарата с дистанционным управлением. Соединительные приспособления являются отдельными или общими для гидравлического питания, электрического питания и сигналов, и большинство операторов подводных аппаратов с дистанционным управлением могут предоставить такие соединительные приспособления, например соединения «стержень-отверстие» с индуктивной или контактной передачей электрического питания и/или электрических сигналов.

Средства для позиционирования предпочтительно, помимо корабельного крана, содержат движители, интегрированные в инструмент, и движущее усилие от (не обязательно имеющегося) пристыкованного подводного аппарата с дистанционным управлением. Кроме того, подъемные петли, спредеры и т.п. можно рассматривать в качестве средств для позиционирования, обеспечивающих возможность позиционирования за счет подвешивания на тросе или канате крана.

Подводный блок предпочтительно содержит средства определения положения и ориентации, содержащие гироскоп в подводном блоке, систему определения положения опционного пристыкованного подводного аппарата с дистанционным управлением, при этом предусмотрены дополнительные датчики положения в подводном блоке, устьевых модулях или устьевом оборудовании, устьевые приборы и опционные камеры на инструменте и устьевых модулях или устьевом оборудовании.

Инструмент содержит средства для испытания и ввода в эксплуатацию, предпочтительно содержащие емкости с текучей средой, такие как накопители и цилиндры с азотом, для испытания на герметичность и на устойчивость к давлению; средства для механического присоединения подводного блока к устьевому модулю или устьевому оборудованию и его отделения после рабочих испытаний механических функций, таких как функции клапанов, и средства для наполнения гидравлической жидкостью, такие как емкость с моноэтиленгликолем и гидравлический силовой блок, расположенные в подводном блоке и/или в опционной системе подводного аппарата с дистанционным управлением, присоединенном посредством соединения «стержень-отверстие» и т.п.

Предпочтительно подводный блок имеет гидравлический силовой блок, содержащий гидравлический двигатель, приводимый в движение гидравликой подводного аппарата с дистанционным управлением, при этом в гидравлических схемах подводного блока предпочтительно используется моноэтиленгликоль в качестве гидравлической текучей среды.

Изобретением также предлагается способ установки подводных устьевых модулей или оборудования, таких как фонтанная арматура, с корабля с использованием корабельного крана и инструмента согласно изобретению, отличающийся тем, что развертывают устьевой модуль или устьевое оборудование, разъемным образом соединенный или соединенное с подводным блоком указанного инструмента, и используют механическое соединительное приспособление и корабельный кран без шлангокабеля или линии, подающего или подающей жидкость или газ с поверхности, при этом инструмент используют в соединении с электрическим или электрооптическим кабелем, не проводящим текучую среду, или с подводным аппаратом с дистанционным управлением для позиционирования и присоединения указанного модуля или оборудования к подводному устью скважины.

Предпочтительно способ содержит этап испытания на устойчивость к давлению и испытания функционирования и этап отделения инструмента от устьевого модуля или устьевого оборудования после указанных испытаний.

Кроме того, изобретением предлагается устройство для испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или подводного устьевого оборудования, отличающееся тем, что содержит наполненный газом накопитель и наполненный газом цилиндр, имеющие соединительные средства для герметичного механического присоединения и соединительные средства для питания и управления, которые предназначены для рабочего присоединения к подводному устьевому модулю или подводному устьевому оборудованию с целью проведения испытания. Эти средства включены в инструмент согласно изобретению или включены в другое подводное оборудование, либо с возможностью отделения присоединены к другому подводному оборудованию, такому как насосы, компрессоры и подводные модули.

Кроме того, изобретением предлагается способ испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или оборудования, таких как фонтанная арматура, в котором герметично присоединяют наполненный газом накопитель и наполненный газом цилиндр и соединительное устройство для питания и управления к подводному устьевому модулю или оборудованию, удаляют воду из подлежащего испытанию объема путем открытия накопителя для вытеснения воды газом, поднимают давление до испытательного давления путем задействования цилиндра и выполняют мониторинг давления в течение заданного периода времени.

Краткое описание чертежей

Изобретение изображено на чертежах, на которых:

фигура 1 иллюстрирует инструмент согласно изобретению до присоединения устьевого оборудования к устью скважины;

фигура 2 иллюстрирует инструмент из фигуры 1 до присоединения устьевого оборудования к устью скважины, но соединенный с подводным аппаратом с дистанционным управлением;

фигура 3 иллюстрирует инструмент из фигур 1 и 2 после присоединения устьевого оборудования к устью скважины; и

фигура 4 - более подробная иллюстрация инструмента согласно изобретению;

фигура 5 схематически иллюстрирует устройство для испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или оборудования.

Осуществление изобретения

Рассмотрим фигуру 1, иллюстрирующую инструмент согласно изобретению, в частности подводный блок 1 инструмента, с возможностью отделения соединенный с подводной фонтанной арматурой 2, предназначенной для ее присоединения к подводному устью 3 скважины. Эта сборка подвешена к кораблю 4. Кроме того, изображен подводный аппарат 5 с дистанционным управлением, осуществляемым с корабля.

Рассмотрим фигуру 2, иллюстрирующую, что подводный аппарат с дистанционным управлением пристыкован к подводному блоку 1. В иллюстрируемом варианте осуществления сборка из подводного блока 1 и подводной фонтанной арматуры 2 свисает на канате с корабля, а электрическое питание и сигналы управления подаются через подводный аппарат с дистанционным управлением (через электрооптический кабель этого подводного аппарата с дистанционным управлением), и используется гидравлический силовой блок подводного аппарата с дистанционным управлением для приведения в действие гидравлической системы подводного блока через гидравлический насос. Альтернативно, подводный блок может быть непосредственно соединен с кабелем, не проводящим текучую среду, при этом подводный блок по существу включает все средства для задействования и испытания механических, электрических и любых других устройств, или эти средства могут полностью или в большей степени предоставляться системой подводного аппарата с дистанционным управлением. Кроме того, для содействия работе может использоваться наблюдательный подводный аппарат с дистанционным управлением. Иллюстрируемый подводный блок имеет массу приблизительно 24 метрические тонны, присоединенная с возможностью отделения подводная фонтанная арматура имеет массу приблизительно 40 метрических тонн. Фигура 3 иллюстрирует фонтанную арматуру 2, присоединенную к устью 3 скважины. После испытания соединения, работы клапанов и коммуникации со всеми датчиками в этой подводной системе подводный блок 1 отделяется от подводной фонтанной арматуры.

Фигура 4 - более подробная иллюстрация инструмента согласно изобретению. Одни и те же изделия обозначены одними и теми же позициями на всех фигурах. Фигура 4 ясно показывает, в числе прочего, стыковочный узел для пристыковки подводного аппарата с дистанционным управлением к подводному блоку, представленный в данном случае разъемами 6 и отверстиями 7 соединения «стержень-отверстие».

Рассмотрим Фигуру 5, схематически иллюстрирующую устройство и способ для испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или оборудования. На указанной Фигуре 5 устройство 1 содержит наполненный газом накопитель 11 и наполненный газом цилиндр 13. Накопитель 11 и цилиндр 13 имеют соединительные средства 15, 17 для механического герметичного присоединения. Кроме того, устройство 1 имеет соединительные средства 19 для питания и управления, предназначенные для рабочего присоединения к подводному устьевому модулю или оборудованию с целью проведения испытания. В данном варианте осуществления, подводный устьевой модуль представляет собой подводную фонтанную арматуру 2, которая установлена на устьевую скважину 3. Между соединительным средством 19 и устройством 1 проходит линия 21 питания и управления.

При эксплуатации устройства 1, изображенного на Фиг. 5, наполненный газом накопитель и наполненный газом цилиндр соединены сопряженными соединительными средствами 15, 17. Соединительное средство 19 для питания и управления также задействовано для обеспечения соединения линий управления с фонтанной арматурой 2. Кроме того, цилиндр 13 соединен с фонтанной арматурой 2 посредством сопряжения соединительного средства 16 цилиндра с соединительным средством 18 фонтанной арматуры.

Перед проведением испытания на устойчивость к давлению, из подлежащего испытанию объема удаляют воду путем открытия накопителя с клапаном 23, расположенным в линии 25 накопителя. В этом случае, вода вытесняется газом из накопителя. Затем, путем задействования цилиндра, например цилиндра 27 накопителя, оператор повышает давление до испытательного давления. При поддержании испытательного давления, значение давления отслеживается при помощи манометра 29 заданный период времени. Причем указанный манометр 29 подключен к линии 21 питания и управления.

Группа изобретений относится к инструменту и способам подводной установки и испытания фонтанной арматуры. Инструмент для подводной установки и испытания фонтанной арматуры с корабля с использованием корабельного крана выполнен с возможностью быть манипулируемым корабельным краном и содержит подводный блок, содержащий соединительное устройство для разъемного присоединения к подводным устьевым модулям, средства для позиционирования, содержащие движители, систему определения положения опционного пристыкованного подводного аппарата с дистанционным управлением и средства для испытания указанных устьевых модулей, содержащие емкости с текучей средой, а также соединительное устройство для электрического питания и электрического и/или оптического управления. Причем емкости с текучей средой предназначены для испытания на герметичность и для испытания функций клапанов фонтанной арматуры. Технический результат заключается в повышении эффективности установки и испытания фонтанной арматуры. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Инструмент для подводной установки и испытания фонтанной арматуры с корабля с использованием корабельного крана, отличающийся тем, что выполнен с возможностью быть манипулируемым корабельным краном и содержит подводный блок, содержащий соединительное устройство для разъемного присоединения к подводным устьевым модулям, средства для позиционирования, содержащие движители, систему определения положения опционного пристыкованного подводного аппарата с дистанционным управлением, и средства для испытания указанных устьевых модулей, содержащие емкости с текучей средой, а также соединительное устройство для электрического питания и электрического и/или оптического управления, причем емкости с текучей средой предназначены для испытания на герметичность и для испытания функций клапанов фонтанной арматуры.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что в нем отсутствует подача гидравлической жидкости или газа через шлангокабель или иную нагнетательную линию с поверхности, а между поверхностью и областью устья скважины передаются только электрическое питание и электрические и/или оптические сигналы управления.

3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что содержит средства для присоединения подводного блока к подводному аппарату с дистанционным управлением для питания подводного блока и управления подводным блоком с надводных средств управления через подводный аппарат с дистанционным управлением и его кабель.

4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что движители интегрированы в инструмент, причем движущее усилие передается также от опционного пристыкованного подводного аппарата с дистанционным управлением.

5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что подводный блок содержит средства для определения положения и ориентации, содержащие гироскоп в подводном блоке, и предусмотрены опционные дополнительные датчики положения в подводном блоке.

6. Инструмент по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что емкости с текучей средой представляют собой накопители и цилиндры с азотом для испытания на герметичность и на устойчивость к давлению; средства для механического присоединения подводного блока к устью скважины и его отделения после рабочих испытаний механических функций, таких как функции клапанов, и средства для наполнения гидравлической жидкостью, такие как емкости с моноэтиленгликолем и гидравлический силовой блок, расположенные в подводном блоке и/или в опционной системе подводного аппарата с дистанционным управлением, присоединенного посредством соединения “стержень-отверстие”.

7. Способ установки фонтанной арматуры с корабля с использованием корабельного крана и инструмента, охарактеризованного в одном из пп.1-6, в котором развертывают устьевой модуль или оборудование, разъемным образом соединенный или соединенное с подводным блоком указанного инструмента, и используют корабельный кран без шлангокабеля или линии, подающего или подающей жидкость или газ с поверхности, при этом инструмент используют в соединении с электрическим или электрооптическим кабелем, не проводящим текучую среду, или с подводным аппаратом с дистанционным управлением для позиционирования и присоединения указанного модуля или оборудования к подводному устью скважины.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что содержит этап испытания на устойчивость к давлению и испытания функционирования и этап отделения инструмента от устьевого модуля или устьевого оборудования после указанных испытаний.

9. Устройство для испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или оборудования, отличающееся тем, что содержит наполненный газом накопитель и наполненный газом цилиндр, имеющие соединительные средства для механического герметичного присоединения и соединительные средства для питания и управления, предназначенные для рабочего присоединения к подводному устьевому модулю или оборудованию с целью проведения испытания.

10. Способ испытания на устойчивость к давлению подводных устьевых модулей или оборудования, в котором используют устройство, охарактеризованное в п.9, при этом герметично присоединяют наполненный газом накопитель и наполненный газом цилиндр и соединительные средства для питания и управления к подводному устьевому модулю или оборудованию, удаляют воду из подлежащего испытанию объема путем открытия накопителя для вытеснения воды газом, поднимают давление до испытательного давления путем задействования цилиндра и выполняют мониторинг давления в течение заданного периода времени.