УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ НАГРУЗОК НА СИСТЕМУ ПОДВОДНЫХ КОЛОННЫХ ГОЛОВОК Российский патент 2021 года по МПК E21B33/43 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к области подводной добычи углеводородов, в частности, к устройству для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, позволяющих компенсировать такие нагрузки на систему подводных колонных головок, как опрокидывающий момент.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен источник RU2632085C2, опубл. 02.10.2017, МПК Е21В 43/017, Е21В 33/035, раскрывающий систему установки фонтанного оборудования скважин, включающую кессон с проходящими вниз стенами, образующими внутренний объем между стенами, в котором размещают один или несколько балластовых танков, регулирующих плавучесть. Для откачки воды и других текучих сред из внутреннего объема используется насос.

Таким образом, из уровня техники известно использование кессона в подводном оборудовании скважин для защиты от воздействия окружающей среды и компенсации больших нагрузок на оборудование, в частности, использование в конструкции кессона балластных танков для предотвращения опрокидывающего влияния на кессон.

Кроме того, из уровня техники также известен патент US5044830A, опубл. 03.09.1991, МПК Е02В 17/00, раскрывающий конструкцию гравитационного основания для морской платформы в арктических регионах. Эта известная конструкция имеет опорные колонны, верхние и нижние плиты, имеющие внутренние и внешние защитные стенки, проходящие между ними с образованием решетчатой структуры для передачи энергии удара от внешней стенке к внутренней стенке, при этом опорные колонны лишены средств для передачи им энергии удара от внутренних и внешних защитных стенок.

Недостатком известного изобретения согласно US5044830A является то, что конструкция оболочек кессона и перегородок не позволяет в достаточной мере оказывать сопротивление опрокидывающему моменту.

В качестве наиболее близкого аналога выбран патент GB2566288A, опубл. 13.03.2019, МПК В63В 21/27, E02D 27/52, Е21В 33/035, раскрывающий морской кессон для использования в качестве фундамента и опоры для подводной скважины для добычи углеводородов, обеспечивающий интегральную поддержку корпуса устья скважины, благодаря чему поглощаются изгибающие моменты, действующие на корпус устья скважины, например, нагрузки, создаваемые райзером.

Недостатками устройства согласно источнику GB2566288A является отсутствие механизма фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок, что приводит к сдвигу и опрокидыванию конструкции в целом.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного, долговечного и безопасного устройства для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, конструкция которого позволяет эффективно компенсировать нагрузки, действующие на систему подводных колонных головок.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности, долговечности и безопасности эксплуатации системы подводных колонных головок за счет улучшенной технологии компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающую колонну кондуктора и колонну направления, содержит: - кессон, имеющий центральный канал, концентрически расположенные наружную кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, между которыми образована кольцевая полость; крышку, ограничивающую кольцевую полость сверху и выполненную как одно целое с кессоном; - механизм фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок, содержащий первые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны кондуктора, и вторые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны направления; - средства линейного перемещения, выполненные с возможностью установки механизма фиксации относительно внутренней кольцевой стенки кессона; - по меньшей мере один насос, выполненный с возможностью соединения с кольцевой полостью кессона и откачивания из нее текучей среды, - отсечной вентиль, выполненный с возможностью срабатывания для отключения насоса; - датчик положения кессона, выполненный с возможностью установки в механизме фиксации кессона и с возможностью передачи сигнала для срабатывания отсечного вентиля.

Предлагаемое устройство может содержать группу направляющих, выполненную с возможностью размещения вокруг системы подводных колонных головок в центральном канале кессона.

Предлагаемое устройство может содержать гидравлический разъем для подключения телеуправляемого необитаемого подводного аппарата, выполненного с возможностью приведения в действие механизма фиксации кессона.

Первые фиксирующие средства и/или вторые фиксирующие средства механизма фиксации кессона могут включать в себя сферические опоры.

Средства линейного перемещения могут представлять собой множество рельсовых направляющих с кареткой.

Использование механизма фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок в сочетании с вышеуказанными техническими признаками влияет на повышение эффективности компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, в частности повышение противодействия таким внешним воздействиям, как опрокидывающий момент.

В контексте настоящего описания слова «верхний», «нижний», «первый», «второй» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для того, чтобы отличать существительные, к которым они относятся, друг от друга, а не для целей описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее следует подробное описание предлагаемого изобретения со ссылками на чертежи, на которых:

на Фиг. 1 схематично изображен общий вид предлагаемого устройства, установленного относительно системы подводных колонных головок;

на Фиг. 2 схематично изображены фиксирующие средства механизма фиксации кессона согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

на Фиг. 3 схематично изображен вид сверху кессона согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое устройство для компенсации нагрузок проиллюстрировано на фиг. 1, установленным относительно системы подводных колонных головок, включающей колонну 1 кондуктора и колонну 2 направления. Предлагаемое устройство для компенсации нагрузок содержит кессон 3, имеющий центральный канал 4, концентрически расположенные наружную кольцевую стенку 5 и внутреннюю кольцевую стенку 6, между которыми образована кольцевая полость 7. Кессон 3 также содержит крышку 8, ограничивающую кольцевую полость 7 сверху и выполненную как одно целое с кессоном 3.

Предлагаемое устройство для компенсации нагрузок также содержит также механизм 9 фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок, содержащий первые фиксирующие средства 10, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны 1 кондуктора, и вторые фиксирующие средства 11, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны 2 направления. Как первые фиксирующие средства 10, так и вторые фиксирующие средства 11 механизма 9 фиксации системы подводных колонных головок могут быть выполнены содержащими сферические опоры 12, как это изображено на фиг. 2, сферические опоры 12 обеспечивают дополнительную степень свободы. Специалисту в данной области техники очевидно, что механизм 9 фиксации может быть гидравлическим механизмом, в котором поршень перемещает первые и вторые фиксирующие средства 10, 11, или механическим. Торцевая поверхность механизма 9 фиксации содержит гидравлический разъем 13 для подключения телеуправляемого необитаемого подводного аппарата, выполненного с возможностью приведения в действие механизма 9 фиксации кессона 3 системы подводных колонных головок.

Предлагаемое устройство для компенсации нагрузок также содержит средства 14 линейного перемещения, выполненные с возможностью установки механизма 9 фиксации относительно внутренней кольцевой стенки 6 кессона 3. На фиг. 1 видно, что внутренняя кольцевая стенка 6 кессона 3 имеет конфигурацию с углублением 14, обеспечивающим установку в нем средств 14 линейного перемещения, причем средства 14 линейного перемещения представляют собой множество рельсовых направляющих с кареткой (на чертежах не показано), которые при перемещении кессона 3 при заглубление в морское дно 16 обеспечивают разгрузку механизма 9 фиксации кессона 3 от усилий, вызванных этим перемещением.

На кессоне 3 установлен насос 17, выполненный с возможностью соединения с кольцевой полостью 7 кессона 3 и откачивания из нее текучей среды, в частности, морской воды, поступившей в кольцевую полость 7 кессона 3 при его опускании на морское дно 16. На фиг. 3 изображен вид сверху кессона 3, на котором установлено четыре насоса 17, что является частным случаем количества насосов, которое зависит от габаритов кессона и его мощности.

С кессоном соединен отсечной вентиль 18, выполненный с возможностью перекрытия поступления текучей среды из кольцевой полости 7 в насос 17. Вентиль 18 получает команду на закрытие насоса 17 в случае срабатывания датчика 19 положения кессона 3, размещенного в механизме 9 фиксации. Более конкретно, датчик 19 выполнен с возможностью установки между механизмом 9 фиксации и колонной 2 направления. Поскольку наружный диаметр колонны 1 кондуктора меньше диаметра колонны 2 направления, то первые и вторые фиксирующие средства 10, 11 установлены в механизме 9 фиксации с образованием ступенчатой структуры, с этой целью внутренняя поверхность механизма 9 фиксации имеет также ступенчатую конфигурацию с уступом, обеспечивающую возможность установки датчика 19 положения в зоне уступа таким образом, что при погружении кессона на необходимую глубину Н датчик срабатывает, при этом глубину Н определяет специалист по данным инженерной геологии для каждого конкретного случая в зависимости от характера грунта морского дна и необходимой величины компенсации нагрузок. Датчик 19 положения кессона 3 срабатывает путем передачи сигнала управляющей системе (на чертежах не показана), которая формирует команду на срабатывание отсечного вентиля 18 для отключения насоса 17 и текучая среда из кольцевой полости 7 перестает поступать в насос 17.

Дополнительно предлагаемое устройство для компенсации нагрузок может содержать группу направляющих 20, каждая из которых выполнена с возможностью размещения в центральном канале 4 кессона 3 вокруг системы подводных колонных головок.

Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого устройства внутренняя кессона 3 разделена на сегменты 21, как изображено на фиг. 3, при этом откачивание текучей среды обеспечено из каждого сегмента 21 одновременно.

Принцип работы предлагаемого устройства для компенсации нагрузок следующий. Предлагаемое устройство опускают на место установки съемным инструментом для спуска и подъема. При опускании дополнительно могут быть использованы направляющие 20, центрирующие устройство относительно системы подводных колонных головок, в частности, относительно колонны 2 направления. При достижении кессоном 3 морского дна 16 автоматически включается насос 17 и выполняет откачивание текучей среды из кольцевой полости 7 кессона 3, в результате чего создается разница давлений окружающей среды и кольцевой полости 7 кессона 3, благодаря чему кессон 3 заглубляется в морское дно. В момент заглубления кессона 3 на необходимую величину Н срабатывает датчик положения 19 и передает сигнал управляющей системе (на чертежах не показана), которая формирует команду на срабатывание отсечного вентиля 18 для отключения насоса 17 и текучая среда из кольцевой полости 7 перестает поступать в насос 17.

Далее с помощью телеуправляемого необитаемого аппарата приводят в действие механизм 9 фиксации кессона 3, при этом происходит фиксация первых фиксирующих средств 10 относительно колонны 1 кондуктора, и фиксация вторых фиксирующих средств 11 относительно колонны 2 направления, иными словами происходит поджатие первых фиксирующих средств 10 к колонне 1 кондуктора и поджатие вторых фиксирующих средств 11 к колонне 2 направления. Таким образом, обеспечена требуемая степень жесткости фиксации системы подводных колонных головок. При заглублении кессона 3 в морское дно 16 возникают усилия, вызванные перемещением кессона 3, разгрузка механизма 9 фиксации от этих усилий обеспечена средствами 14 линейного перемещения.

Модификации и улучшения вышеописанного варианта осуществления настоящего изобретения без выхода за рамки формулы изобретения очевидны специалистам в данной области техники. Настоящее описание представлено только в качестве примера и не накладывает никаких ограничений на объем охраны предлагаемого изобретения. Таким образом, объем охраны предлагаемого изобретения ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к области подводной добычи углеводородов, в частности к устройству для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающую колонну кондуктора и колонну направления. Техническим результатом является повышение надежности, долговечности и безопасности эксплуатации системы подводных колонных головок за счет эффективной компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок. Предложенное устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающую колонну кондуктора и колонну направления, содержит: кессон; крышку, ограничивающую кольцевую полость сверху, образованную наружной и внутренней кольцевыми стенками, и выполненную как одно целое с кессоном; механизм фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок, содержащий первые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны кондуктора, и вторые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны направления; средства линейного перемещения; насос, соединенный с кольцевой полостью кессона, отсечной вентиль, выполненный с возможностью срабатывания для отключения насоса; и датчик положения кессона, выполненный с возможностью установки в механизме фиксации кессона и с возможностью передачи сигнала для срабатывания отсечного вентиля. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающую колонну кондуктора и колонну направления, содержащее:

- кессон, имеющий центральный канал, концентрически расположенные наружную кольцевую стенку и внутреннюю кольцевую стенку, между которыми образована кольцевая полость; крышку, ограничивающую кольцевую полость сверху и выполненную как одно целое с кессоном;

- механизм фиксации кессона относительно системы подводных колонных головок, содержащий первые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны кондуктора, и вторые фиксирующие средства, выполненные с возможностью фиксации относительно колонны направления;

- средства линейного перемещения, выполненные с возможностью установки механизма фиксации относительно внутренней кольцевой стенки кессона;

- по меньшей мере один насос, выполненный с возможностью соединения с кольцевой полостью кессона и откачивания из нее текучей среды,

- отсечной вентиль, выполненный с возможностью срабатывания для отключения насоса;

- датчик положения кессона, выполненный с возможностью установки в механизме фиксации кессона и с возможностью передачи сигнала для срабатывания отсечного вентиля.

2. Устройство по п. 1, содержащее группу направляющих, выполненную с возможностью размещения вокруг системы подводных колонных головок в центральном канале кессона.

3. Устройство по п. 1, содержащее гидравлический разъем для подключения телеуправляемого необитаемого подводного аппарата, выполненного с возможностью приведения в действие механизма фиксации кессона.

4. Устройство по п. 1, в котором первые фиксирующие средства и/или вторые фиксирующие средства механизма фиксации кессона включают в себя сферические опоры.

5. Устройство по п. 1, в котором средства линейного перемещения представляют собой множество рельсовых направляющих с кареткой.