ГИБКАЯ ТРУБА Российский патент 2021 года по МПК F16L1/20 F16L11/20 F16L9/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к гибкой трубе. Более конкретно, изобретение относится к технологии «труба в трубе» (ТВТ) для гибких труб для морских применений.

Уровень техники

Технология ТВТ часто используется в подводных трубопроводах для транспортировки углеводородов. Есть много задокументированных преимуществ использования трубопроводов ТВТ, включая хорошую пассивную изоляцию. Кольцевое пространство ТВТ может также включать в себя нагревательные элементы для дальнейшего контроля температуры. Гибкий трубопровод ТВТ может быть намотан на барабан, а затем размотан трубоукладочным судном (судном-трубоукладчиком барабанного типа). Чтобы избежать повреждения трубопровода, кривизна трубопровода, создаваемая барабаном, должна соответствовать жесткости трубопровода на изгиб. Во время укладки трубопровод проходит через выпрямитель, закрепленный на аппарели в кормовой части трубоукладочного судна. Выпрямитель устраняет искривление трубопровода, созданное барабаном, и/или, возможно, применяет некоторую дополнительную конфигурацию изгиба.

Традиционно, при развертывании ТВТ с барабана, ТВТ обрезают до точной длины, при сходе с барабана, и на аппарели трубоукладочного судна к ТВТ приваривается концевой оголовок. Этот оголовок используется для соединения трубопровода с соединяемой конструкцией (например, подводной конструкцией). Эта операция, в общем, включает в себя резку, сварку, нанесение покрытия и неразрушающий контроль (НК) соединения ТВТ и оголовка. Операция является относительно медленной, поскольку может быть трудным разрезать и сваривать внутреннюю и внешнюю трубы участка ТВТ, что увеличивает время в открытом море и, следовательно, стоимость развертывания.

В статье «Development and Application of Reelable PIP Bulkhead Technology» (Разработка и применение технологии оголовков для гибких трубопроводов «труба в трубе»), Offshore Technology Conference (ОТС) (Конференция по морским технологиям) 23112, авторами J. Boi и др. описывается использование гибких концевых оголовков для укладки трубопровода ТВТ фиксированной длины. Оголовки могут быть приварены к ТВТ, покрыты и испытаны на берегу перед намоткой, что сокращает время работы в море. Однако, поскольку длина трубопровода является фиксированной, соблюдение осевых допусков укладки трубопровода становится более трудным. Это увеличивает затраты на соединяемые конструкции и их установку.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен гибкий трубопровод, содержащий участок «труба в трубе» и участок одинарной трубы, соединенный с участком «труба в трубе». Участок одинарной трубы имеет жесткость на изгиб, которая отличается от жесткости на изгиб участка «труба в трубе», причем гибкий трубопровод дополнительно содержит переходный элемент, присоединенный между участком «труба в трубе» и участком одинарной трубы и имеющий жесткость на изгиб, которая изменяется вдоль его длины.

Участок одинарной трубы может иметь жесткость на изгиб, которая составляет ±90%, ±80%, ±70%, ±60% или ±50% от жесткости на изгиб участка «труба-в-трубе».

Переходный элемент может иметь:

жесткость на изгиб в концевой области, смежной с участком «труба в трубе», по существу соответствующую жесткости на изгиб участка «труба в трубе»; и

жесткость на изгиб в концевой области, смежной с участком одинарной трубы, по существу соответствующую жесткости на изгиб участка одинарной трубы; и

жесткость на изгиб в области, промежуточной по отношению к указанным концевым областям, плавно изменяющуюся между жесткостями на изгиб концевых областей.

Наружный диаметр участка одинарной трубы может отличаться от наружного диаметра участка «труба в трубе» более чем на ±90% наружного диаметра участка «труба в трубе».

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ развертывания трубопровода в море. Способ включает в себя наматывание трубопровода согласно вышеуказанному первому аспекту изобретения на барабан так, чтобы сначала был намотан участок одинарной трубы. Затем в местоположении развертывания начинают разматывание трубопровода в воду. В конечном местоположении разматывают участок одинарной трубы и разрезают его для получения надлежащей длины трубопровода.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1а иллюстрирует систему для развертывания трубопровода в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг. 1b иллюстрирует трубопровод в соответствии с вариантом осуществления изобретения между двумя подводными соединяемыми конструкциями;

фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе части трубопровода в соответствии с вариантом осуществления изобретения, причем эта часть включает в себя переход от ТВТ к одинарной трубе;

фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе части трубопровода согласно второму варианту осуществления изобретения, причем эта часть включает в себя переход от ТВТ к одинарной трубе с внешним эластичным покрытием вокруг области перехода; и

фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ развертывания трубопровода.

Осуществление изобретение

Чтобы решить проблему сокращения времени укладки трубопровода ТВТ, без необходимости снижения осевых допусков, требуется создать гибкий трубопровод, который содержит в качестве основной части трубопровод ТВТ, а в качестве вспомогательной части - участок одинарной трубы, соединенный с трубопроводом ТВТ. Такой трубопровод можно было бы эффективно отрезать на участке одинарной трубы и, следовательно, он позволял бы эффективно укладывать трубопроводы ТВТ с барабана, без ограничения при этом длины трубопровода.

Трубопровод изготавливают и испытывают на берегу. Длина трубопровода, включая участок ТВТ и участок одинарной трубы, немного больше (например, на 10 м), чем предполагаемая требуемая длина укладки. Концевой соединитель ТВТ, такой как гибкий концевой оголовок, соединен с тем концом участка ТВТ, который входит в воду вначале. Затем трубопровод наматывают на катушку трубоукладочного судна. Трубоукладочное судно транспортирует намотанный трубопровод к первой соединяемой конструкции (например, к подводной соединяемой конструкции), где оно начинает разматывать трубопровод, начиная с оголовка. По мере разматывания трубопровода, он перед вхождением в воду проходит через выпрямитель на аппарели трубоукладочного судна. Затем трубоукладочное судно перемещается ко второй соединяемой конструкции, разматывая и укладывая трубопровод. По мере приближения трубоукладочного судна ко второй соединяемой конструкции начинает разматываться участок одинарной трубы. Затем участок одинарной трубы обрезается до требуемой длины и оснащается концевым соединителем, чтобы его можно было присоединить ко второй присоединяемой конструкции.

Проблемы могут возникнуть из-за изменения жесткости на изгиб при переходе от одного участка к соседнему участку, если в одном и том же трубопроводе соединены участки с разным типом труб. Во время намотки, разматывания и выпрямления трубопровод подвергается значительным напряжениям и деформациям. Эти напряжения и деформации могут оказывать негативное влияние на целостность трубопровода, потенциально повреждая стенку трубы или покрытие, или и то, и другое. Для трубопровода с соединенными участками труб различных типов деформации изгиба, вызванные изгибающими напряжениями, будут иметь тенденцию накапливаться в областях соединения. Эта проблема может быть решена путем обеспечения переходного элемента между участками, на которой жесткость трубопровода на изгиб постепенно изменяется по всей длине перехода, а также приспосабливается к изменению диаметра трубы. Кроме того, размеры и материалы одинарной трубы можно выбрать так, чтобы они по существу или частично обеспечивали соответствие жесткости на изгиб участка трубы и жесткости на изгиб ТВТ.

На фиг. 1а показано трубоукладочное судно 1 с барабаном 2, аппарелью 3 и выпрямителем 4. На чертеже показан трубопровод, который находится в процессе разматывания с барабана. Трубопровод содержит участок 5 ТВТ, участок 6 одинарной трубы, концевой соединитель 7 ТВТ, концевой соединитель 8 одинарной трубы. На чертеже также показаны первая подводная соединяемая конструкция 9 и вторая подводная соединяемая конструкция 10 с трубопроводом, уже прикрепленным к первой соединяемой конструкция 9 посредством концевого соединителя 7 ТВТ.

По мере перемещения трубоукладочного судна 1 от первой соединяемой конструкции 9 ко второй соединяемой конструкции 10, трубопровод разматывается. Когда трубоукладочное судно приближается ко второй соединяемой конструкции 10, участок 6 одинарной трубы начинает сходить с барабана 2. Затем участок 6 одинарной трубы отрезают по длине на аппарели 3 и оснащают концевым соединителем 8. Затем трубопровод соединяют со второй соединяемой конструкцией 10 концевым соединителем 8 одинарной трубы.

На фиг. 1b показан законченный трубопровод, проходящий от первой соединяемой конструкции 9 до второй соединяемой конструкции 10. Рамка 11 (показана пунктиром) отмечает переход от участка 5 ТВТ к участку 6 одинарной трубы.

На фиг. 2 показан поперечный разрез части трубопровода в области, отмеченной рамкой 11 на фиг. 1b. Проиллюстрированная часть включает в себя участок 12 ТВТ с внутренней трубой 13 и наружной трубой 14, участок 15 одинарной трубы, теплоизоляционный слой 16 (например, полимерную пену), покрытие (например, резину или многослойные полимеры) 17, и переходный элемент 18. Несущие нагрузку конструкции, то есть внутренняя труба 13, наружная труба 14 и одинарная труба 15, выполнены из стали. Внутренняя труба 13 и одинарная труба 15, которые находятся в контакте с транспортируемой текучей средой, предпочтительно содержат коррозионно-стойкий стальной материал.

Внутренняя труба 13 и наружная труба 14 ТВТ 12, обе, соединены с одной стороной переходного элемента 18, например, сваркой. Другая сторона переходного элемента 18 соединена, опять же, например, сваркой, с участком 15 одинарной трубы. Участок 15 одинарной трубы может иметь толщину стенки, которая обеспечивает жесткость на изгиб, по существу соответствующую жесткости участка 12 ТВТ. Предпочтительно, жесткость на изгиб поперечного сечения одинарной трубы может составлять ±90%, ±80%, ±70%, ±50% от жесткости на изгиб ТВТ. Переходный элемент 18 имеет жесткость на изгиб в концевой области, смежной с участком 12 ТВТ, по существу соответствующую жесткости на изгиб участка 12 ТВТ, и жесткость на изгиб в концевой области, смежной с одинарной трубой 15, по существу соответствующую жесткости на изгиб одинарной трубы 15. Жесткость на изгиб переходного элемента 18 постепенно изменяется, например, линейно, в промежуточной области между концевыми областями. Постепенное изменение жесткости на изгиб между участком 12 ТВТ и участком 15 одинарной трубы уменьшает концентрации деформации (локализацию деформации) во время намотки. Следовательно, это помогает предотвратить повреждение трубопровода, поскольку он наматывается, разматывается и выпрямляется. Конкретные требования к жесткости на изгиб переходного элемента 18 и участка 15 одинарной трубы зависят от барабана 2, выпрямителя 4 и других условий установки. Например, барабан с большим радиусом может приспосабливаться к большей разнице в жесткости на изгиб между участками разных труб по сравнению с барабаном меньшего радиуса.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, поперечное сечение 15 одинарной трубы имеет внешний теплоизоляционный слой 16. Теплоизоляционный слой 16 таков, что изолированный участок одинарной трубы обладает теплопередающими свойствами, аналогичными свойствам участка 12 ТВТ. Теплоизоляционное покрытие 16, таким образом, ограничивает температурный градиент в соответствии с потоком, близким к переходному элементу 18. Пониженные теплоизоляционные свойства имеют место при ограниченной длине переходного элемента 18.

Трубопровод, включающий в себя как ТВТ, так и участки одинарных труб, имеет тонкий защитный слой 17 внешнего покрытия, который образует непрерывную внешний рукав по всей длине трубопровода. Этот слой внешнего покрытия может быть из резины, многослойных полимеров, изоляционного материала: например, полимерной пены.

Наружный диаметр участка 12 ТВТ и наружный диаметр изоляционного слоя 16 приблизительно одинаковы, чтобы избежать каких-либо больших скачкообразных изменений. Переходный элемент 18 обеспечивает изменение от внутреннего диаметра участка 12 ТВТ до внутреннего диаметра одинарной трубы 15. Предпочтительно, чтобы изменение было небольшим, чтобы можно было производить поршневание и другие виды контроля трубопровода.

Во втором варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 3, эластичное покрытие 19 (упругий материал, например, эластомерный полимер) покрывает переходный элемент 18, проходящий между участком ТВТ и теплоизоляционным слоем 16. Это покрытие 19 смягчает тенденцию к образованию трещин в покрывающем слое 17. Наружный диаметр эластичного покрытия 19 соответствует наружному диаметру тонкого покрытия 17. Эластичное покрытие 19 по бокам выходит за пределы переходного элемента 18, покрывая часть участка 12 ТВТ и участка 15 одинарной трубы.

Фиг. 4 иллюстрирует способ развертывания трубопровода в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Чертеж включает в себя трубопровод, как раскрыто выше, намотанный на барабан (шаг 20), начало разматывания трубопровода в месте развертывания (шаг 21) и разрезание участка одинарной трубы в конечном местоположении, чтобы получить надлежащую длину трубопровода (шаг 22).

Специалисту в данной области понятно, что в раскрытые выше варианты осуществления могут быть внесены различные модификации, не выходящие за рамки объема изобретения. Например, разница в наружных диаметрах участка ТВТ и участка одинарной трубы может быть значительной, в то же время, сводя к минимуму разницу во внутренних диаметрах. Это достигается путем соответствующего выбора толщины стенки и за счет выполнения перехода.

Внутренний диаметр трубопровода (отверстие трубопровода) может отличаться от внутренних диаметров ТВТ и одинарной трубы за счет включения в него нескольких переходных элементов, обеспечивающих постепенное изменение внутреннего диаметра.

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту и может быть использована при укладке подводных трубопроводов. Гибкий трубопровод содержит участок «труба в трубе» и участок одинарной трубы, соединенный с участком «труба в трубе». Участок одинарной трубы имеет жесткость на изгиб, которая отличается от жесткости на изгиб участка «труба в трубе». Причем гибкий трубопровод дополнительно содержит переходный элемент, присоединенный между участком «труба в трубе» и участком одинарной трубы и имеющий жесткость на изгиб, которая изменяется вдоль его длины. Также предложен способ развертывания такого трубопровода в море. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гибкий трубопровод, содержащий участок «труба в трубе» и участок одинарной трубы, соединенный с участком «труба в трубе», причем участок одинарной трубы имеет жесткость на изгиб, которая отличается от жесткости на изгиб участка «труба в трубе», при этом гибкий трубопровод дополнительно содержит переходный элемент, присоединенный между участком «труба в трубе» и участком одинарной трубы и имеющий жесткость на изгиб, которая изменяется вдоль его длины.

2. Трубопровод по п. 1, в котором участок одинарной трубы имеет жесткость на изгиб, составляющую ±90%, ±80%, ±70%, ±60% или ±50% от жесткости на изгиб участка «труба в трубе».

3. Трубопровод по п. 1, в котором переходный элемент приварен между участком «труба в трубе» и участком одинарной трубы.

4. Трубопровод по п. 1, в котором переходный элемент имеет:

жесткость на изгиб в концевой области, смежной с участком «труба в трубе», по существу соответствующую жесткости на изгиб участка «труба в трубе»; и

жесткость на изгиб в концевой области, смежной с участком одинарной трубы, по существу соответствующую жесткости на изгиб участка одинарной трубы; и

жесткость на изгиб в области, промежуточной по отношению к указанным концевым областям, плавно изменяющуюся между жесткостями на изгиб концевых областей.

5. Трубопровод по п. 1, содержащий упругий материал, окружающий переходный элемент.

6. Трубопровод по п. 1, содержащий слой теплоизоляционного покрытия, покрывающий участок одинарной трубы.

7. Трубопровод по п. 1, в котором наружный диаметр участка одинарной трубы отличается от наружного диаметра участка «труба в трубе» более чем на ±90% наружного диаметра участка «труба в трубе».

8. Трубопровод по п. 1, содержащий защитное наружное покрытие, покрывающее участок «труба в трубе» и участок одинарной трубы.

9. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что данный трубопровод расположен на барабане.

10. Способ развертывания трубопровода в море, включающий следующее:

наматывают трубопровод по п. 1 на барабан так, чтобы сначала был намотан участок одинарной трубы;

в местоположении развертывания начинают разматывание трубопровода в воду; и

в конечном местоположении разматывают участок одинарной трубы и разрезают его для получения надлежащей длины трубопровода.

11. Способ по п. 10, содержащий присоединение концевого соединителя к отрезанному концу участка одинарной трубы трубопровода.