СИСТЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МОНТАЖНОГО СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F16L1/20 F16L1/235 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системам для перемещения монтажного соединения, в частности для перемещения горячего монтажного соединения, которое получило покрытие монтажного соединения во время операций укладки трубопровода с судна. Изобретение также относится к способу перемещения такого монтажного соединения после нанесения покрытия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Суда для укладки трубопровода или баржи обычно известны в различных конфигурациях. Они могут быть грубо разделены по трем основным принципам работы, а именно: суда для укладки подводного трубопровода с вертикальным наращиванием для глубокой воды, вблизи развертывания вертикальной трубы, суда для горизонтальной укладки трубопровода на дно для горизонтального или с небольшим углом развертывания, и суда для укладки подводного трубопровода с барабана, где непрерывный трубопровод разматывается с барабана. Настоящее изобретение в первую очередь направлено к операции горизонтальной укладки трубопровода на дно, хотя не исключено, что его идеи могут также применяться к другим способам развертывания. Тем не менее, в дальнейшем описание ограничивается развертыванием при горизонтальной укладке трубопровода на дно.

В случае развертывания при горизонтальной укладке трубопровода на дно, трубные соединения собираются в горизонтальной рабочей плоскости и соединяются с трубопроводом. Сборка трубных соединений к трубопроводу может включать предварительную сборку единичных для образования двойных, тройных или четверных, или каждое соединение может быть индивидуально соединено со свободным концом трубопровода. Сборка происходит на одной или нескольких палубах судна, а секция палубы, где трубопровод отправляется, называется подвижным участком фронта трубопроводных работ. Здесь трубопровод удерживается одним или несколькими натяжителями, которые выпускают трубопровод по мере добавления новых соединений, и судно перемещается вперед.

По мере того, как трубопровод развертывается с судна, он, как правило, следует по кривой провеса или кривой, аналогичной морскому дну. S-образная форма этой кривой дает свое имя этому типу операции горизонтальной укладки трубопровода на дно. Для того, чтобы обеспечить переход между этой кривой и областью, находящейся на борту судна, опорная конструкция, называемая стингером для горизонтальной укладки труб на дно, обеспечивает удлинение от кормы судна для направления трубопровода до точки, в которой он зависает свободно.

Угол, под которым трубопровод разворачивается из судна, может регулироваться от горизонтали на мелководье до относительно крутого угла для глубокой воды путем регулирования стингера. Криволинейная траектория образуется между последним натяжителем и стингером. В этой области трубопровод может поддерживаться рядом узлов поддержки трубопровода, которые расположены под трубопроводом, и могут быть снабжены роликами для направления трубопровода вдоль и вокруг криволинейной траектории. Следует отметить, однако, что изгиб трубопровода может уже начинаться до последнего натяжителя, который сам может находиться под углом к горизонтали.

Как упоминалось выше, сборка трубопровода происходит путем добавления дополнительных соединений или ниток на подвижном участке фронта трубопроводных работ. Трубные соединения обычно соединяются сваркой, и процесс включает в себя множество этапов. Он включает этапы подготовки, сварочное стыковое соединение, проверку сварного шва с последующим восстановлением антикоррозийного или теплоизоляционного покрытия трубопровода. Полученное соединение называется монтажным соединением, поскольку оно было изготовлено на месте. Длина трубы, подлежащей сварке, проверке и покрытию, определяется в каждом конкретном случае в зависимости от сварки, неразрушающего контроля (NDT) и характеристики покрытия, нанесенного на заводе. Толщина нанесенного на заводе покрытия, а также толщина покрытия монтажного соединения могут определяться специальными проектными спецификациями.

Восстановление антикоррозионных защитных слоев монтажного соединения и, возможно, термическое нанесение на сваренную встык область называется покрытием монтажного соединения. Это является относительно сложной операцией, которая может включать в себя несколько различных этапов, использующих специализированные материалы, такие как эпоксидные смолы и другие полимерные слои. Для обеспечения оптимального нанесения покрытия монтажного соединения могут потребоваться различные температуры нанесения. Область, на которую наносится покрытие монтажного соединения, может также потребовать закалки или контролируемого предварительного охлаждения для выдерживания любой внешней нагрузки или воздействия на материал покрытия. В результате этих операций закалки или отверждения, продвижение трубопровода через натяжители или над узлами поддержки трубы может быть замедлено до тех пор, пока горячее монтажное соединение не завершит процесс своего отверждения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению, предусмотрен способ развертывания трубопровода с судна, причем судно содержит по меньшей мере одно натяжное устройство для регулирования натяжения трубопровода между судном и морским дном, стингер, поверх которого развернут трубопровод, и множество регулируемых узлов поддержки трубы, образующих криволинейную траекторию между натяжителем и стрингером, причем способ включает этапы, при которых: наносят горячее покрытие монтажного соединения на область сварки трубопровода; передвигают криволинейную траекторию с горячим монтажным соединением; перемещают один или более регулируемых узлов поддержки трубы от криволинейной траектории, чтобы позволить горячему монтажному соединению проходить соответствующий узел поддержки трубы без контакта, при сохранении поддержки для трубопровода вдоль криволинейной траектории. В результате заявленного способа может происходить более быстрое и непрерывное развертывание трубопровода, поскольку монтажное соединение может продвигаться за натяжителем по направлению к стингеру, несмотря на то, что покрытие отверждено только частично.

В контексте настоящего изобретения следует понимать, что судно может представлять собой любую форму судна, включая трубоукладочное судно, баржу, полупогружное судно или тому подобное. Область за натяжителем, где расположены узлы поддержки трубы, может находиться снаружи судна. Однако, в целом, эта область будет областью, которая по меньшей мере частично защищена от окружающей среды, например, ниже палубы судна. Кроме того, несмотря на то, что ссылка приводится к стингеру, это не образует часть настоящего изобретения, и этот признак может быть включен в любую точку отхода, в которой трубопровод совершает последний контакт с судном. Важным является то, что трубопровод адекватно поддерживается вдоль криволинейной траектории, и что эта поддержка остается достаточной, то есть в пределах требуемых допусков для изгибающего момента, приложенного к трубе, даже когда узел поддержки отведен для того, чтобы позволить пройти монтажному стыку. Также будет понятно, что степень поддержки будет зависеть от радиуса кривизны, которой подвергается трубопровод, или от угла, через который он поворачивается. Для пологого угла выхода, может потребоваться меньшая поддержка, чем для крутого угла выхода.

В одном варианте осуществления способа, узлы поддержки трубы расположены на фиксированных расстояниях вдоль криволинейной траектории, причме подвижная опора трубы предусмотрена и перемещается вместе с трубой вдоль криволинейной траектории. Таким образом, подвижная опора трубы обеспечивает дополнительную поддержку, когда один или более узлов поддержки трубы отведены.

Способ может также включать использование подвесной кран-балки, продолжающейся над криволинейной траекторией для поддержки трубопровода. Трубопровод может поддерживаться в местах, прилегающих к горячему монтажному соединению, например, по обе стороны от монтажного соединения. В такой конфигурации кран-балка будет, в целом, прямой и расположена на достаточном расстоянии над трубопроводом и узлами поддержки для обеспечения любой выбранной кривизны трубопровода. В этом случае, подвижная опора трубы, предпочтительно, является регулируемой по высоте, чтобы она могла следовать криволинейной траектории, сохраняя поддержку трубопровода. Способ может, предпочтительно, включать автоматическое регулирование высоты подвижной опоры трубы во время продвижения трубопровода. В этом контексте отмечается, что хотя ссылка делается на продвижение трубопровода, это происходит только относительно судна, а на самом деле это судно движется вперед, в то время как трубопровод остается, в целом, неподвижным. Высота узла подвижной опоры может быть отрегулирована в ответ на положение части поддерживаемого трубопровода, например, на основе прогнозируемого положения или положения, измеренного в реальном времени. В качестве альтернативы, она может быть отрегулирована для сохранения или обеспечения заданного усилия на подвижной опоре трубы, обусловленного трубой. Она может регулироваться соответствующим специализированным программным обеспечением, которое включает входные данные, относящиеся к местоположению трубопровода в реальном времени по отношению к судну, и требуемой кривизне в точке поддержки.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, используется подвижная опора трубы, перемещающаяся над криволинейной траекторией. Однако не исключено, что некоторые формы подвижной опоры трубы будут предусмотрены под криволинейной траекторией или даже сбоку криволинейной траектории. В одном варианте осуществления, один или более узлов поддержки трубы могут также быть подвижными вдоль криволинейной траектории по меньшей мере сверх расстояния, соответствующего длине покрытия монтажного соединения.

Также будет понятно, что хотя дается ссылка на перемещающуюся криволинейную траекторию с горячим монтажным соединением, нет необходимости в том, чтобы монтажное соединение оставалось горячим во время всего движения, и что оно просто требует достаточной возможности для монтажного соединения для полного отверждения согласно соответствующей спецификации. По этой причине передвижение первого узла поддержки трубы (после операции покрытия) вне контакта с монтажным соединением имеет первостепенное значение. Если отверждение или закалка завершены, перемещение других узлов поддержки трубы может не потребоваться.

В одном варианте осуществления, покрытие монтажного соединения наносится между натяжителем и первым из узлов поддержки трубы, а закалка покрытия происходит по меньшей мере частично после первого из узлов поддержки трубы.

Согласно дополнительному варианту осуществления, способ может включать в себя автоматическое перемещение узлов поддержки трубы из зацепления с трубой и их последующее перемещение в зацепление после прохождения горячего монтажного соединения.

Изобретение также относится к системе перемещения монтажного соединения для перемещения горячего монтажного соединения вдоль криволинейной траектории между натяжителем и стингером при развертывании трубопровода с трубоукладочного судна, причем система содержит множество регулируемых узлов поддержки трубы, которые образуют криволинейную траекторию между натяжителем и стингером, при этом один или более узлов поддержки трубы могут быть выведены из зацепления с трубопроводом для обеспечения возможность горячему монтажному соединению проходить через соответствующий узел поддержки трубы без контакта, в то же время сохраняя поддержку трубопровода вдоль криволинейной траектории. Система может быть выполнена с возможностью работы, как описано выше и далее.

В одном варианте осуществления, система может дополнительно содержать подвижную опору трубы, выполненную с возможностью перемещения с трубопроводом вдоль криволинейной траектории. Могут быть предусмотрены различные возможности для обеспечения такой подвижной опоры трубы, включая краны, лебедки, рельсы, конвейеры, ролики и тому подобное. В одном варианте осуществления предусмотрена верхняя кран-балка, продолжающаяся над криволинейной траекторией, и подвижная опора трубы проходит вдоль кран-балки для поддержки трубопровода. Подвижная опора трубы может также содержать подъемный механизм, позволяющий ему регулироваться по высоте для поддержки трубопровода вдоль криволинейной траектории. В еще одном дополнительном варианте осуществления, подвижная опора трубы может быть установлена на перемычке, переносимой кран-балкой, так что она также может перемещаться поперек перемычки по отношению к кран-балке и трубопроводу. Таким образом, она также может следить за боковыми движениями трубопровода, если он не выходит за пределы (кормы) судна в идеальной осевой траектории.

Специалист в данной области знаком с множеством способов, с помощью которых трубопровод может поддерживаться с верхней кран-балки, включая использование стропов, тросов, зажимов и т.п. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, подвижная опора трубы содержит строп, в котором расположен трубопровод, который может быть седловой опорой трубопровода или быть обернут один раз вокруг него.

Согласно еще одному варианту осуществления, система может содержать две подвижные опоры трубы, выполненные с возможностью перемещения по кран-балке и с возможность соединения с трубопроводом с обеих сторон монтажного соединения, которое должно быть поддержано. Специалист в данной области хорошо осознает, что могут быть предусмотрены дополнительные подвижные опоры для трубы с интервалами вдоль трубопровода, и что подвижные опоры трубы могут перемещаться вместе или независимо друг от друга. По меньшей мере, они должны быть независимо регулируемыми по высоте.

В принципе, изобретение применимо к установкам любого масштаба, но оно особенно применимо к крупным трубоукладочным судам, где эффективная работа имеет большое значение. Система может иметь по меньшей мере три узла поддержки трубы вдоль криволинейной траектории. Криволинейная траектория может также иметь длину по меньшей мере 18 метров. Для типовых участков трубы длиной 12 метров это представляет собой полтора участка трубы. Будет понятно, что на подвижном участке фронта трубопроводных работ, предназначенном для предварительной сборки двоек, троек и четверок, включая завершающее покрытие монтажного соединения перед натяжителем, не каждое монтажное соединение должно быть покрыто за натяжителем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и преимущества изобретения будут оценены со ссылкой на следующие чертежи нескольких примеров вариантов осуществления, на которых:

Фиг.1 показывает вид сбоку части судна, работающего в конфигурации горизонтальной укладки трубопровода на дно;

Фиг.2 показывает вид сбоку с правого борта кормовой части судна во время нанесения горячего монтажного соединения;

Фигуры 3-6 показывают вид сбоку с правого борта кормовой части судна по фиг.2 во время развертывания трубопровода;

Фиг.7 показывает вид кормовой части подвижной опоры трубы.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 показывает вид сбоку части судна 4, работающего в конфигурации горизонтальной укладки трубопровода на дно для развертывания трубопровода 6 поверх стингера 5. На борту судна 4, трубопровод 6 собран на основном подвижном участке фронта трубопроводных работ 1 из отдельных соединений путем стыковой сварки соединений вместе, как правило, общепринятым способом и не будет далее описываться здесь. Трубопровод 6 опускается посредством натяжителей 2 и поверх узлов 3 поддержки трубы и стингера 5 к морскому дну 7. Натяжение, прикладываемое натяжителями 2, определяет кривизну нижнего участка (вертикальное колено) 9 трубопровода 6, тогда как угол стингера 5 определяет кривизну верхнего участка (изгиба подводного трубопровода при его спуске) 8.

Фиг.2 показывает вид сбоку с правого борта кормовой части судна 4 более подробно, иллюстрирующий натяжители 2, узлы 3 поддержки трубы и стингер 5. В проиллюстрированном варианте осуществления показаны три узла 3 поддержки трубы, хотя будет понятно, что это количество может варьироваться в зависимости от длины криволинейной траектории, которую должен проходить трубопровод 6 между последним натяжителем 2 и стингером 5. Между последним натяжителем 2 и первым узлом 3 поддержки трубы расположена станция 14 нанесения покрытия на монтажное соединение. Вторая станция 14 нанесения покрытия на монтажное соединение расположена между первым и вторым узлами 3 поддержки трубы. Сварное соединение 16 встык после прохождения через последний натяжитель 2 поступает на станцию нанесения покрытия на монтажное соединение, и покрытие 17 монтажного соединения наносится для восстановления антикоррозийных защитных слоев и любых других слоев, необходимых трубопроводу 6. На фиг.2 также показана верхняя кран-балка 13, по которой перемещается пара подвижных опор 12 трубы, включающих стропы 15, которые входят в зацепление ниже трубопровода 6 близко к покрытию 17 монтажного соединения.

Работа изобретения будет теперь описана со ссылкой к фигурам 3-6, которые показывают с правого борта виды сбоку кормовой части судна по фиг.2 на различных этапах развертывания трубопровода.

Согласно фиг.3, трубопровод 6 продвигается примерно на половину длины трубного соединения (около 6 м) до точки, где еще горячее покрытие 17 монтажного соединения приближается к узлу 3 поддержки трубы. Фактически, трубопровод 6 движется назад, в то время как судно 4 продвигается вперед. Во время этого движения, подвижные опоры 12 трубы перемещаются вдоль кран-балки 13, частично поддерживая вес трубопровода. Общая работа системы управляется подходящим программным обеспечением, которое контролирует работу трубопровода. Это программное обеспечение принимает информацию о движении трубопровода в режиме реального времени, включая скорость укладки трубопровода и состояние узлов 3 поддержки трубы относительно положения горячего покрытия 17 монтажного соединения. Дополнительная информация, полученная в реальном времени, представляет собой кривизну трубопровода в верхнем участке 8. Системное программное обеспечение регулирует в режиме реального времени реакцию, прикладываемую от узлов 3 поддержки трубы, расположенных ниже трубопровода 6, и усилие, прилагаемое подвижными опорами 12 трубы для того, чтобы обеспечить такую же реакцию на трубопровод 6 поверх криволинейного пути.

На фиг.4 первые два узла 3 поддержки трубы были перемещены вниз под управлением системного программного обеспечения, из контакта с трубопроводом 6. Вес трубопровода 6 в этом месте теперь поддерживается стропами 15 подвижных опор 12 трубы. Еще горячие и не полностью отвержденные покрытия 17 монтажного соединения могут проходить через узлы 3 поддержки трубы без повреждения покрытия 17 монтажного соединения.

На фиг.5, трубопровод 6 продвинулся в положение, в котором покрытия 17 монтажного соединения прошли через узлы 3 поддержки трубы, и узлы 3 поддержки трубы снова были подняты, чтобы принять вес трубопровода 6. Одновременно системное программное обеспечение уменьшило силу, прикладываемую подвижными опорами 12 трубы через стропы 15.

Фиг.6 показывает аналогичный вид на фиг.5, на котором стропы 15 освобождены, посредством чего подвижные опоры 12 трубы могут быть возвращены в их исходное положение. Это может происходить вручную или автоматически.

Фиг.7 показывает вид с кормовой части подвижной опоры 12 трубы, показывающий ее поддержку с кран-балки 13, которая содержит пару рельсов, выровненных вдоль всего направления судна 4 и с трубопроводом 6. Будет понятно, что альтернативные системы, использующие монорельс, также могут быть предусмотрены. Перемычка 20 установлена на кран-балке 13 и перемещается вдоль рельсов кран-балки. Подвижная опора 12 трубы установлена для перемещения вбок по перемычке 20, так что это может обеспечивать боковое перемещение трубопровода 6. Стропа 15 подвешена к подвижной опоре 12 трубы, которая выполнена в виде лебедки, так что стропа 15 может быть укорочена и удлинена по мере необходимости во время движения трубопровода 6. На фиг.7 также показана быстроразъемная система 18, которая позволяет автоматически открывать строп 15 и освобождать трубопровод 6 после того, как покрытие 17 монтажного соединения пройдет узлы 3 поддержки трубы в положение, показанное на фиг.6.

Таким образом, изобретение было описано со ссылкой на некоторые варианты осуществления, описанные выше. Следует принять во внимание, что эти варианты осуществления допускают различные модификации и альтернативные формы, которые хорошо известны специалистам в данной области техники. В частности, несмотря на то, что показана балочная система для поддержки трубопровода, будет понятно, что также могут использоваться другие системы, достигающие одного и того же результата.

Многие модификации в дополнение к описанным выше, могут быть сделаны к структурам и техническим приемам, описанным в данном документе, не отступая от сущности и объема изобретения. Соответственно, хотя конкретные варианты осуществления были описаны, они являются только примерами и не ограничивают объем настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к укладке подводных трубопроводов, в частности к системам перемещения монтажного соединения для перемещения горячего монтажного соединения вдоль криволинейной траектории между натяжителем и стингером при развертывании трубопровода с трубоукладочного судна. Система содержит множество регулируемых узлов поддержки трубы, образующих криволинейную траекторию между натяжителем и стингером, при этом один или более узлов поддержки трубы могут быть выведены из зацепления с трубопроводом для обеспечения возможности прохождения горячего монтажного соединения через соответствующий узел поддержки трубы без контакта, при сохранении поддержки трубопровода вдоль криволинейной траектории. Подвижная опора трубы может быть предусмотрена на верхней кран-балке для следования за трубой, когда она проходит вдоль криволинейной траектории. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ развертывания трубопровода с судна, содержащего по меньшей мере один натяжитель для управления натяжением трубопровода между судном и морским дном, стингер, поверх которого трубопровод развертывается, и множество регулируемых узлов поддержки трубы, образующих криволинейную траекторию между натяжителем и стингером, при этом способ включает в себя этапы, на которых:

наносят покрытие монтажного соединения на область сварки трубопровода;

перемещают криволинейную траекторию с горячим покрытием монтажного соединения;

передвигают один или более регулируемых узлов поддержки трубы за криволинейную траекторию для обеспечения возможности горячему монтажному соединению проходить через соответствующий узел поддержки трубы без контакта, при сохранении поддержки трубопровода вдоль криволинейной траектории.

2. Способ по п.1, в котором узлы поддержки трубы расположены на фиксированных расстояниях вдоль криволинейной траектории, причем подвижная опора трубы предусмотрена и перемещается вместе с трубой вдоль криволинейной траектории.

3. Способ по п.2, в котором подвижная опора трубы содержит верхнюю кран-балку, продолжающуюся над криволинейной траекторией, при этом способ включает в себя этап, на котором поддерживают трубу от кран-балки, смежной горячему монтажному соединению.

4. Способ по п.3, в котором подвижная опора трубы является регулируемой по высоте для следования криволинейной траектории, при этом способ включает в себя этап, на котором управляют высотой автоматически в ответ на положение трубы или усилие на подвижную опору трубы, обусловленное трубой.

5. Способ по п.1, в котором один или более узлов поддержки трубы являются подвижными вдоль криволинейной траектории.

6. Способ по любому предшествующему пункту, в котором покрытие монтажного соединения наносят между натяжителем и первым из узлов поддержки трубы, а закалка покрытия происходит по меньшей мере частично после первого из узлов поддержки трубы.

7. Способ по любому предшествующему пункту, включающий в себя этапы, на которых автоматически перемещают узлы поддержки трубы из зацепления с трубой и перемещают обратно в зацепление после того, как пройдет горячее монтажное соединение.

8. Система перемещения монтажного соединения для перемещения горячего монтажного соединения вдоль криволинейной траектории между натяжителем и стингером при развертывании трубопровода с трубоукладочного судна, причем система содержит множество регулируемых узлов поддержки трубы, которые образуют криволинейную траекторию между натяжителем и стингером, при этом один или более узлов поддержки трубы могут быть выведены из зацепления с трубопроводом для обеспечения возможности горячему монтажному соединению проходить через соответствующий узел поддержки трубы без контакта, при сохранении поддержки трубопровода вдоль криволинейной траектории.

9. Система по п.8, дополнительно содержащая подвижную опору трубы, выполненную с возможностью перемещения с трубопроводом вдоль криволинейной траектории.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая верхнюю кран-балку, продолжающуюся над криволинейной траекторией, при этом подвижная опора трубы перемещается вдоль кран-балки для поддержки трубопровода.

11. Система по п.10, в которой подвижная опора трубы содержит подъемный механизм и является регулируемой по высоте для поддержки трубопровода вдоль криволинейной траектории.

12. Система по п. 10 или 11, в которой подвижная опора трубы установлена на перемычке, переносимой кран-балкой, и может перемещаться в боковом направлении поперек перемычки в отношении кран-балки и трубопровода.

13. Система по любому из пп. 10-12, в которой подвижная опора трубы содержит строп, в котором расположен трубопровод.

14. Система по любому из пп. 10-13, содержащая две подвижные опоры трубы, расположенные для перемещения на кран-балке и зацепляемые с трубопроводом на любой стороне горячего монтажного соединения.

15. Система по любому из пп. 8-14, содержащая по меньшей мере три узла поддержки трубы и/или криволинейная траектория имеет длину по меньшей мере 18 метров.

16. Система по любому из пп. 8-14, дополнительно содержащая управляющее устройство, выполненное с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1-7.

17. Трубоукладочное судно, содержащее систему по любому из пп. 8-16.