СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НИЖНЕЙ КОЛОННЫ ДЛЯ СПУСКА С ДУБЛИРОВАНИЕМ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 2022 года по МПК E21B33/35 E21B34/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли. Нижняя колонна для спуска предназначена для эксплуатации на самоподъемных плавучих буровых установках, полупогружных буровых установках, буровых судах, стационарных платформах в качестве оборудования для освоения, испытаний и технологического обслуживания подводных скважин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Углеводородные флюиды, такие как нефть или природный газ, получают из пласта путем бурения ствола скважины, в который затем устанавливают различное оборудование для заканчивания скважины для контроля и повышения эффективности добычи различных флюидов из пласта.

Колонны для спуска используются в нефтегазовой промышленности для проведения операции освоения и технического обслуживания скважин. В установленном подводном положении колонна для спуска проходит между надводным судном и устьем скважины и находится внутри подводного противовыбросового оборудования. Колонна для спуска выполняет множество функций, включая обеспечение барьеров для контроля скважины и аварийное отсоединение после герметизации скважины.

Управление скважиной и ее изоляция в случае аварийного отключения обеспечено набором запорных арматур, расположенных в стволе колонны для спуска, причем комплект запорных арматур включает узел, представляющий собой подводную испытательную фонтанную арматуру. Кроме того, в колонне для спуска обычно предусмотрено по меньшей мере одно скользящее соединение, обеспечивающее герметичное зацепление с трубными плашками подводного противовыбросового оборудования. Обычно в нижнем конце колонны для спуска установлен адаптер инструмента подвески насосно-компрессорной трубы.

Как правило, колонны для спуска функционируют в соответствии с протоколами безопасности, прописанными согласно стандартам данной области промышленности. Например, перепускной клапан может быть спроектирован с возможностью перехода в закрытое положение при потере управляющего сигнала. В некоторых случаях такой подход является неэффективным, например, в случае, когда потеря управляющего сигнала необязательно представляет реальный риск потери управления скважиной, в частности, когда другие барьеры управления скважиной исправны и работают, либо потеря управления является временной и тому подобное. Кроме того, это может привести к самопроизвольному включению той или иной функции колонны для спуска в зависимости от перепадов давления в экстренных ситуациях. В то же время, некоторые запорные арматуры могут продолжать функционировать в случае потери управления, что может привести к подлинной аварийной ситуации, при которой необходимо полное закрытие запорной арматуры.

Из уровня техники известна колонна для спуска (патент US 20170152723, опубл. 01.06.2017), содержащая верхнюю трубную секцию, проходящую от поверхности судна и заканчивающуюся клапаном упора шарового типа, имеющим перерезающую способность.

Недостатками этого устройства являются:

- необходимость минимизировать разницу в диаметрах между уплотнительной поверхностью адаптера для инструмента подвески насосно-компрессорной трубы;

- маленький диапазон между максимально допустимым давлением в полости подводного противовыбросового оборудования и управляющим давлением резервной системы управления;

- необходимость учитывать комбинированную нагрузку от веса обсадных колонн и максимального управляющего давления в полости подводного противовыбросового оборудования;

- необходимость учитывать минимальный крутящий момент, требуемый для механической активации механизма экстренного отсоединения;

- возможность непроизвольного срабатывания системы отсоединения инструмента подвески насосно-компрессорной трубы, что требует средств его дополнительной фиксации.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения (прототипом) является подводная нижняя колонна для спуска с автономным аварийным отключением, раскрытая в источнике US 20160138355, опубл. 19.05.2016, МПК Е21В 33/035. Система, описываемая в указанном патенте, включает подводное противовыбросовое оборудование; колонну для спуска, содержащую множество запорных арматур, блок задвижек и измерительный модуль, а также систему управления, функционирующую совместно с измерительным модулем колонны для спуска для обеспечения автономного отсоединения колонны для спуска в узле задвижек для блокирования потока жидкости выше и ниже узла задвижек посредством закрытия множества клапанов при возникновении заданного состояния, обнаруженного измерительным модулем.

Предлагаемая нижняя колонна для спуска во время проведения операций установлена внутри подводного противовыбросового оборудования и образует эксплуатационный ствол для доступа в скважину. Колонна для спуска является составляющей частью системы доступа в скважину. Управление функциями колонны для спуска может быть осуществлено дистанционно при помощи системы управления, расположенной на буровой платформе.

В основе предлагаемого изобретения лежит задача повышения безопасности установки элементов подвески насосно-компрессорной трубы, безопасность проведения испытаний соединений, обеспечение экстренного отсоединения оборудования и доступа инструментов внутрь скважины при возникновении чрезвычайных ситуаций.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности в случае проведения испытаний уплотнений между подвеской насосно-компрессорной трубы и корпусом подводной фонтанной арматуры; повышение безопасности установки подвески насосно-компрессорной трубы при заканчивании скважины. В частности, это обеспечено за счет использования резервного управления, в котором используется сервисная линия, участвующей в экстренном отсоединении. Также, к техническому результату можно отнести повышение надежности управления колонной для спуска; упрощение управления колонны для спуска с помощью резервной системы управления; упрощение конструкции по сравнению с прототипом и сбросом давления в полость ПВП; увеличение скорости закрытия арматуры за счет подачи дополнительного давления с использованием внутренней гидравлической сервисной линии.

Технический результат достигается тем, что в способе управления нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности, включающем установку подвески насосно-компрессорной трубы, проведение теста добычи углеводородов, при перерезании троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб, согласно изобретению:

- закрывают нижний шаровой кран подводной испытательной фонтанной арматуры и запорной арматуры перепускного клапана с обеспечением перерезывания троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб;

- активируют механизм экстренного отсоединения с обеспечением запланированного отсоединения нижней колонны для спуска;

- производят дожатие/додавливание закрытой запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры в случае активации дублированной системы безопасности;

- производят дожатие/додавливание закрытой запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры, запорной арматуры перепускного клапана с последующей активацией механизма экстренного отсоединения с обеспечением аварийного отсоединения нижней колонны для спуска;

- активируют резервное управления нижней колонны для спуска с использованием внутренней гидравлической сервисной линии, в случае потери управляющих сигналов, поступающих к нижней колонне для спуска с обеспечением активации механизма экстренного отсоединения с его отсоединением и отсоединения инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы;

- одновременно с этим к усилию автомата аварийного закрытия верхнего шарового крана и нижнего шарового крана обеспечивают подачу дополнительного давления с использованием внутренней гидравлической сервисной линии.

При этом полностью исключается возможность самопроизвольного включения той или иной функции колонны для спуска вне зависимости от перепадов давления в экстренных ситуациях благодаря применению резервной системы управления последовательного включения со сбросом давления в полость морской водоотделяющей колонны.

Операция дожатия представляет собой закрытие с функцией додавливания давлением для гарантированного закрытия арматур, что повышает уровень безопасности эксплуатации данного оборудования. Поскольку на этом участке не предусмотрены датчики (в системе нет физически места для их размещения), то для обеспечения прочного закрытия арматуры это является наиболее надежным способом. Такое «додавливание» используется специалистами в мировой практике при операциях управления нижней колонны для спуска.

Нижняя колонна для спуска с дублированием системы безопасности при этом установлена в подводном противовыбросовом оборудовании и содержит внутреннюю гидравлическую сервисную линию и установленные последовательно с образованием эксплуатационного ствола:

перепускной клапан, включающий систему компенсации давления,

срезной патрубок,

механизм экстренного отсоединения,

подводную испытательную фонтанную арматуру, включающую запорную арматуру, в виде нижнего шарового крана и верхнего шарового крана с автоматом аварийного закрытия, и механизм экстренного отсоединения,

адаптер инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы.

Механизм экстренного отсоединения выполнен с возможностью обеспечения разъединения колонны для спуска на две части.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также других его аспектов и характеристик описание приведено со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

на фиг. 1 изображена колонна для спуска;

на фиг. 2 изображена гидравлическая схема нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности при активации резервного управления подачей давления в полость;

на фиг. 3 изображена колонна для спуска, установленная в подводном противовыбросовом оборудовании в соединенном состоянии;

на фиг. 4 представлена Таблица 1 - Условные обозначения на гидравлической схеме по фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижняя колонна для спуска является составляющей частью системы доступа в скважину, установлена в подводном противовыбросовом оборудовании и содержит последовательно установленные перепускной клапан 1, срезной патрубок 2, подводную испытательную фонтанную арматуру 3, адаптер 4 инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы, эксплуатационный ствол нижней колонны для спуска 5 (фиг. 1).

В рамках настоящей заявки используется термин «нижняя колонна для спуска», что в целом означает, что в составе колонны для спуска отсутствует верхний изолирующий клапан. Пример верхнего изолирующего клапана описан в патенте RU 2704161, опубл. 24.10.2019.

Перепускной клапан 1 включает в себя установленные последовательно: переходник 6 для соединения колонны для спуска с райзером, запорную арматуру 7, обжимной патрубок 8.

Подводная испытательная фонтанная арматура включает в себя запорную арматуру в виде верхнего шарового крана 9 и нижнего шарового крана 10, каждый из которых снабжен автоматом аварийного закрытия, а также механизм 11 экстренного отсоединения.

Механизм 11 экстренного отсоединения выполнен с возможностью активации в случае закрытия перепускного клапана 1, закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры и открытия системы компенсации давления 12 (фиг. 2), располагающейся в перепускном клапане, с обеспечением разъединения колонны для спуска на две части: первую часть, включающую в себя перепускной клапан 1, срезной патрубок 2 и сам механизм 11 экстренного отсоединения; и вторую часть, включающую в себя подводную испытательную фонтанную арматуру 3 и адаптер 4 инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы (фиг. 1).

На фиг. 2 схематично изображена схема гидравлической системы управления колонны для спуска, на которой проиллюстрированы управляющие линии с установленными в них гидрораспределителями (условные обозначения элементов схемы гидравлической системы управления представлено в таблице 1, фиг. 4).

Управляющие линии включают: первую управляющую линию 13 для управления работой (открытие) перепускного клапана 1 и управления работой (закрытие) механизма 11 экстренного отсоединения; вторую управляющую линию 14 для управления работой (закрытие) перепускного клапана 1 и управления работой (открытие) механизма 11 экстренного отсоединения; управляющую линию 15 для закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3.

При этом первая управляющая линия 13 для управления работой перепускного клапана 1 и управления работой механизма 11 экстренного отсоединения управляет закрытием перепускного клапана 1 и отсоединением механизма 11 экстренного отсоединения; а вторая управляющая линия 14 управляет открытием перепускного клапан 1 и присоединением механизма 11 экстренного отсоединения.

Дополнительно к линии 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 также имеются: управляющая линия 16 открытия верхнего шарового крана 9, управляющая линия 17 открытия нижнего шарового крана 10; управляющая линия 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9; управляющая линия 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10; линия 20 отключения резервного управления.

Дополнительно на схеме по фиг. 2 также изображена линия 21 впрыска химических реагентов, располагающаяся между верхним шаровым краном 9 и нижним шаровым краном 10.

Дополнительно на схеме по фиг. 2 также изображены линии, используемые при установке и извлечении подвески насосно-компрессорной трубы с использованием инструмента для спуска и подъема в подводную фонтанную арматуру 3: линия 22 присоединения инструмента для спуска и подъема; линия 23 проверки закрытия (присоединения) инструмента для спуска и подъема; линия 24 отсоединения инструмента для спуска и подъема; линия 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы к подводной фонтанной арматуре 3; линия 26 проверки присоединения подвески насосно-компрессорной трубы; линия 27 отсоединения подвески насосно-компрессорной трубы.

Указанные линии используют при установке и извлечении подвески насосно-компрессорной трубы и показаны только для обеспечения понимания специалистами в данной области техники возможности установки и извлечения подвески насосно-компрессорной трубы.

Далее, подводное противовыбросовое оборудование включает в себя по меньшей мере следующее: один кольцевой превентор, в настоящем варианте осуществления, это нижний кольцевой превентор 28 (фиг. 3), на уровне которого установлен перепускной клапан 1, верхние срезные плашки 29 и нижние срезные плашки 30, и группу трубных плашечных превенторов.

Дополнительно в настоящем варианте осуществления подводное противовыбросовое оборудование содержит группу трубных плашечных превенторов, включающих: верхний трубный плашечный превентор 31, средний трубный плашеченый превентор 32 и нижний трубный плашечный превентор 33, установленные ниже верхних срезных плашек 29 и нижних срезных плашек 30.

Колонна для спуска в собранном состоянии выполнена с возможностью установки в полости подводного противовыбросового оборудования таким образом, что обжимной патрубок 8 расположен напротив нижнего кольцевого превентора 28, срезной патрубок 2 расположен напротив верхних срезных плашек 29 и нижних срезных плашек 30, испытательная подводная фонтанная арматура 3 расположена напротив верхнего плашечного превентора 31 и среднего плашечного превентора 32; адаптер 4 подвески инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы расположен напротив нижнего плашечного превентора 33.

Ниже адаптера 4 инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы находится устье фонтанной арматуры.

Способ управления нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности включает следующие режимы работы нижней колонны для спуска:

1. Установка подвески насосно-компрессорной трубы и тестовая добыча углеводородов (также является штатным режимом работы нижней колонны для спуска).

2. При заканчивании скважины в случае необходимости замены проводится извлечение подвески насосно-компрессорной трубы и насосно-компрессорной трубы при проведении капитального ремонта скважины.

3. Перерезание троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб с использованием нижнего шарового крана 10 в случае экстренной ситуации.

4. Запланированное отсоединение нижней колонны для спуска с использованием механизма 11 экстренного отсоединения (также является штатным отсоединением нижней колонны для спуска).

5. Аварийное глушение скважины.

6. Быстрое аварийное отсоединение нижней колонны для спуска в случае экстренной ситуации.

7. Резервное управление колонной для спуска.

Более подробно указанные режимы работы нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности представлены далее со ссылками на чертежи.

На чертежах, линии, задействованные в режиме работы, изображены незначительно утолщенными.

1. Установка подвески насосно-компрессорной трубы и тестовая добыча углеводородов.

При установке подвески насосно-компрессорной трубы во время спуска колонны райзера запитываются следующие гидравлические линии:

- линия 27 отключения резервного управления;

-линия 14 открытия перепускного клапана и присоединения механизма 11 экстренного отсоединения;

- линия 16 открытия верхнего шарового крана 9;

- линия 17 открытия нижнего шарового крана 10;

- линия 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9;

- линия 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10;

- линия 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы;

- линия 22 присоединения инструмента для спуска и подъема.

При этом давление в каждой из перечисленных линий составляет 34,5 МПа.

В адаптере 4 инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы расположены четыре гидрораспределителя: первый гидрораспределитель 34, второй гидрораспределитель 35, третий гидрораспределитель 36 и четвертый гидрораспределитель 37.

В данном функциональном состоянии открыты нижний шаровой кран 9 и верхний шаровой кран 10 подводной испытательной фонтанной арматуры 3 и запорная арматура 7 перепускного клапана 2.

При подаче управляющего давления на линию 20 отключения резервного управления пятый гидрораспределитель 38 в перепускном клапане 1 находится в правом положении, за счет чего обеспечена возможность закрытия запорной арматуры 7 перепускного клапана 1 и отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения при стравливании давления на линию 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения.

При открытом перепускном клапане 1 система компенсации давления 12 и связанный с ней механически гидрораспределитель 39 находится в закрытом положении, закрывая контур линии 14, идущей на отсоединение механизма 11 экстренного отсоединения.

При наличии давления в линии 20 отключения резервного управления гидрораспределители 34, 36 и 37 находятся в левом положении, а гидрораспределитель 35 находится правом положении, исключающем активацию функций нижней колонны для спуска при повышении давления в затрубном пространстве, что может привести к активации резервной системы управления, а именно к запуску последовательности активации закрытия всех шаровых кранов и отсоединения механизма экстренного отсоединения 11.

После установки подвески насосно-компрессорной трубы и перед началом тестовой добычи необходимо отпрессовать с целью проверки соединения между подвеской насосно-компрессорной трубы и подводной испытательной фонтанной арматурой 3. Для этого подают давление на линию 26 проверки присоединения подвески насосно-компрессорной трубы, при этом управляющее давление в указанной линии 26 составляет 69,0 МПа.

При проведении тестовой добычи углеводородов из скважины после установки подвески насосно-компрессорной трубы и насосно-компрессорной трубы необходимо удерживать давление 34,5 МПа в следующих линиях:

- линии 20 отключения резервного управления;

- линии 14 открытия перепускного клапана 1 и присоединения механизма 11 экстренного отсоединения;

- линии 16 открытия верхнего шарового крана 9;

- линии 17 открытия нижнего шарового крана 10;

- линии 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9;

- линии 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10;

- линии 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы;

- линии 22 присоединения инструмента для спуска и подъема.

2. Извлечение подвески насосно-компрессорной трубы и насосно-компрессорной трубы при капитальном ремонте скважины.

При извлечении подвески насосно-компрессорной трубы и насосно-компрессорной трубы при капительном ремонте скважины запитываются следующие гидравлические линии:

- линии 20 отключения резервного управления;

- линии 14 открытия перепускного клапана 1 и присоединения механизма 11 экстренного отсоединения;

- линии 16 открытия верхнего шарового крана 9;

- линии 17 открытия нижнего шарового крана 10;

- линии 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9;

- линии 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10;

- линии 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы;

- линии 22 присоединения инструмента для спуска и подъема.

При этом давление в каждой из перечисленных линий составляет 34,5 МПа.

В данном функциональном состоянии системы открыты оба шаровых крана 9, 10 подводной испытательной арматуры 3 и запорная арматура 7 перепускного клапана 1.

При открытом перепускном клапане 1 система компенсации давления 12 и связанный с ней шестой гидрораспределитель 40 находятся в закрытом состоянии, закрывая контур первой управляющей линии 13 для управления закрытием перепускного клапана 1 и отсоединением механизма 11 экстренного отсоединения.

При давлении в линии 20 отключения резервного управления гидрораспределители 34, 35, 36, 37, размещенные в адаптере инструмента 4 для спуска и подъема, находятся: первый, третий и четвертый гидрораспределители 34, 36, 37 находятся в левом положении, второй гидрораспределитель 35 находится в правом положении, исключающем активацию функций нижней колонны для спуска при повышении давления в затрубном пространстве, что может привести к активации резервного управления.

3. Перерезание троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб с использованием нижнего шарового крана.

При необходимости перерезания троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб обеспечивают удержание в открытом состоянии верхнего шарового крана 9 подводной испытательной фонтанной арматуры 3 при подаче давления на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 (закрытие верхнего шарового крана 12 и нижнего шарового крана 10).

Следует отметить, что в данном случае управляющее давление в линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 должно быть более 69,0 МПа, поскольку при равных давлениях в линии открытия и закрытия пружины автомата аварийного закрытия будут медленно закрывать верхний шаровой кран 9, что может привести к заклиниванию троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб в эксплуатационном стволе нижней колонны для спуска 5.

Перед активацией режима перерезания троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб с использованием нижнего шарового крана 10 необходимо подать давление на следующие гидравлические линии:

- линия 20 отключения резервного управления, при этом давление в линии 20 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 14 открытия перепускного клапана/ присоединения механизма экстренного отсоединения, при этом давление в линии 14 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 16 открытия верхнего шарового крана, при этом давление в линии 16 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 17 открытия нижнего шарового крана, при этом давление в линии 17 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана, при этом давление в линии 18 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана, при этом давление в линии 19 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры, при этом давление в линии 15 должно составлять 69,0 МПа;

- линия 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы, при этом давление в линии 25 должно составлять 34,5 МПа;

- линия 22 присоединения инструмента для спуска и подъема, при этом давление в линии 22 должно составлять 34,5 МПа.

Для перерезания выполняют следующую последовательность этапов.

Этап 1. Подают давление 69,0 МПа на линию 16 открытия верхнего шарового крана 9 и изолируют линию 16 от источника давления системы управления, расположенной на буровой установке.

Этап 2. Удерживают давление в линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 до завершения перерезания, при этом в случае постепенного закрытия верхнего шарового крана 10 под действием пружин автомата аварийного закрытия следует увеличить давление в линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 на 5-10 процентов.

Этап 3. Подают давление 34,5 МПа в линию 17 открытия нижнего шарового крана 10 и изолируют линию 17 от источника давления системы управления, расположенной на буровой установке; при этом Этап 1 возможно выполнить одновременно с Этапом 2.

Этап 4. Натягивают трос/кабель/гибкие насосно-компрессорные трубы при помощи систем, расположенных на буровой установке.

Этап 5. Стравливают давление из линии 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10.

Этап 6. Стравливают давление из линии 17 открытия нижнего шарового крана 10 до 0 МПа.

Этап 7. Подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, в результате чего происходит перерезание троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб с помощью нижнего шарового крана 10.

Этап 8. Извлекают обрезанный/ые трос/кабель/гибкие насосно-компрессорные трубы.

Этап 9. Стравливают давление из линии 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 до 0 МПа.

Этап 10. Стравливают давление из линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 до 0 МПа.

Этап 11. Подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 для подтверждения закрытия верхнего и нижнего шаровых кранов 9, 10, после чего стравливают давление из линии 15 до 0 МПа.

4. Запланированное отсоединение нижней колонны для спуска с использованием механизма экстренного отсоединения.

При запланированном, то есть не аварийном отсоединении колонны для спуска, запитаны следующие линии:

- линия 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения, при этом управляющее давление в линии должно составлять 34,5 МПа;

- линия 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, при этом управляющее давление в линии должно составлять 69,0 МПа.

Перед отсоединением верхней части колонны райзера от подводной испытательной фонтанной арматуры 3 должны быть закрыты верхний и нижний шаровые краны 9, 10, а затем закрыта запорная арматура 7 перепускного клапана 1.

После закрытия запорной арматуры 7 перепускного клапана 1 за счет подачи давления в линию 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения через линию седьмого гидрораспределителя 41, механически связанного (механическая связь обеспечена давлением, поданным на элементы системы компенсации давления, такие как стакан, пружина) с приводом запорной арматуры 7 перепускного клапана 1, активируется система компенсации давления и в затрубное пространство стравливается избыточное запертое давление в полости между запорной арматурой 7 перепускного клапана 1 и закрытым верхним шаровым краном 9 подводной испытательной фонтанной арматуры. 3 После выравнивания давлений гидравлический сигнал от управляющей линии поступает на механизм 11 экстренного отсоединения и происходит отсоединение верхней части колонны райзера от подводной испытательной фонтанной арматуры 3.

Для отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения выполняют следующую последовательность этапов:

Этап 1. Стравливают давление в линии 17 открытия нижнего шарового крана 10 и линии 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10 до 0 МПа.

Этап 2. Подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, чтобы удостоверится в закрытии нижнего шарового крана 10; после чего стравливают давление в линии 15 до 0 МПа.

Этап 3. Стравливают давление в линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 и линии 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9 до 0 МПа.

Этап 4. Подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, чтобы удостоверится в закрытии верхнего шарового крана 9; после чего стравливают давление в линии 15 до 0 МПа.

Этап 5. Стравливают давление в линии 20 отключения резервного управления и линии 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы.

Этап 6. Стравливают давление в линии 14 открытия перепускного клапана 1/ присоединения механизма 11 экстренного отсоединения до 0 МПа.

Этап 7. Подают давление 34,5 МПа на линию 13 закрытия перепускного клапана/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения и изолируют линию 13 от источника давления с помощью клапана-отсекателя в системе управления на буровой установке.

5. Аварийное глушение скважины.

Необходимо отметить, что во время проведения внутрискважинных операций вся запорная арматура, а именно запорная арматура 7 перепускного клапана 1, верхний шаровой кран 9 и нижний шаровой кран 10, нижней колонны для спуска открыта, в том числе и в случае активации аварийного глушения скважины.

В случае аварийного глушения скважины реализуется следующая последовательность этапов.

Этап 1. Стравливают давление из линии 17 открытия нижнего шарового крана 10 через стравливающий клапан восьмого гидрораспределителя 42 в затрубное пространство; подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, чем обеспечивают закрытие нижнего шарового крана 10 подводной испытательной фонтанной арматуры 3.

Этап 2. Стравливают давление из линии 16 открытия верхнего шарового крана 9 через стравливающий клапан 43 в затрубное пространство.

6. Быстрое аварийное отсоединение нижней колонны для спуска.

При активации быстрого аварийного отсоединения обеспечивают закрытие верхнего и нижнего шаровых кранов 9, 10 подводной испытательной фонтанной арматуры 3, после чего для активации быстрого аварийного отсоединения нижней колонны для спуска осуществляют следующую последовательность этапов:

Этап 1. Стравливают давление в линии 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3, в линии 20 отключения резервного управления, в линии 25 присоединение подвески насосно-компрессорной трубы.

Этап 2. Подают давление 34,5 МПа на линию 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения для активации механизма 11 экстренного отсоединения и последующего отсоединения верхней части колонны райзера.

Этап 3. Извлекают колонну для спуска, отсоединенную выше механизмом экстренного отсоединения 11.

Для присоединения верхней части колонны райзера осуществляют следующую последовательность этапов:

Этап 1. Стравливают до 0 МПа избыточное давление в линии 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения.

Этап 2. Спускают нижнюю колонну для спуска вниз через систему противовыбросового оборудования, при этом давление в линии 14 открытия перепускного клапана 1/присоединение механизма 11 экстренного отсоединения составляет 34,5 МПа, до касания интерфейса присоединения (не показан на чертежах) на верхней части подводной испытательной фонтанной арматуры 3, причем после подачи давления линию 14 необходимо изолировать от источника давления клапаном-отсекателем в системе управления, расположенной на буровой установке.

Этап 3. Стравливают давление из линии 14 открытия перепускного клапана 1/присоединение механизма 11 экстренного отсоединения до 0 МПа.

Этап 4. Подают давление 34,5 МПа на линию 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения и изолируют линию 13 от источника давления системы управления, расположенной на буровой установке.

Этап 5. Вращают колонну райзера до совмещения пазов механизма 11 экстренного отсоединения и последующего спуска.

Этап 6. Стравливают давление из линии 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения до 0 МПа.

Этап 7. Подают давление 34,5 МПа на линию 14 открытия перепускного клапана 1/ присоединения механизма 11 экстренного отсоединения, изолируют линию 14 от источника давления системы управления, расположенной на буровой установке, и тянут колонну райзера вверх для проверки соединения.

Этап 8. Подают давление 34,5 МПа на линию 22 присоединения инструмента для спуска и подъема и линию 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы.

Этап 9. Подают давление 69,0 МПа на линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 и изолируют линию 15 от источника давления клапаном-отсекателем в системе управления, расположенной на буровой установке.

Этап 10. Проводят гидростатические испытания колонны райзера выше верхнего шарового крана 9 подводной испытательной фонтанной арматуры 3.

Этап 11. Стравливают давление в линии 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 до 0 МПа.

Этап 12. Выравнивают давление над и под верхним шаровым краном 9 подводной испытательной фонтанной арматуры 3 с использованием линии 21 впрыска химических реагентов.

Этап 13. Подают давление 34,5 МПа на линию 16 открытия верхнего шарового крана 10 и изолируют линию 16 от источника давления клапаном-отсекателем в системе управления, расположенной на буровой установке.

Этап 14. Выравнивают давление над и под нижним шаровым краном 10 подводной испытательной фонтанной арматуры 3 путем подачи давления в эксплуатационный ствол нижней колонны для спуска 5.

Этап 15. Подают давление 34,5 МПа на линию 17 открытия нижнего шарового крана 10 и изолируют линию 17 от источника давления клапаном-отсекателем в системе управления, расположенной на буровой установке.

7. Резервное управление нижней колонны для спуска Резервное управление нижней колонны для спуска используется при потере управляющего давления в шлангокабеле нижней колонны для спуска (во всех линиях, включая линию 20 отключения резервного управления) и невозможности выполнения следующих функций:

- отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения;

- отсоединение инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы от подвески насосно-компрессорной трубы.

Указанные функции обеспечены благодаря использованию линии 20 отключения резервного управления, а именно, в штатном режиме в линии 20 отключения резервного управления имеется давление, резервное управление по умолчанию отключено. Когда в линии 20 пропадает давление, включается резервное управление, которое обеспечивает вышеуказанные функции.

Принцип действия резервного управления заключается в том, что для активации вышеперечисленных функций, осуществляют подачу давления в полости подводного противовыбросового оборудования через линии глушения 44 и дросселирования 45 (фиг. 3), а затем из полостей подводного противовыбросового оборудования в эксплуатационный ствол 5, что приводит к разрыву мембран в адаптере 4 инструмента для спуска и подъема и переключению гидрораспределителей внутри гидравлической системы управления колонны для спуска.

Активация функций нижней колонны для спуска производится при помощи подачи давления в полости подводного противовыбросового оборудования через линии глушения и дросселирования, что приводит к разрыву мембран в адаптере инструмента для спуска и подъема и переключению гидрораспределителей внутри гидравлической системы нижней колонны для спуска.

При этом посредством переключения гидрораспределителей (относящихся к резервному управлению) обеспечивается изоляция соответствующих линий шлангокабеля.

Для отсоединения инструмента для спуска и подъема необходимо подать давление в нижнюю полость А (фиг. 3) под закрытый нижний плашечный превентор 33.

В следующих управляющих линиях при активации резервного управления в экстренной ситуации давление отсутствует:

- в линии 20 отключения резервного управления;

- в линии 14 открытия перепускного клапана 1/присоединения механизма 11 экстренного отсоединения;

- в линии 16 открытия верхнего шарового крана 9;

- в линии 17 открытия нижнего шарового крана 10;

- в линии 18 стравливающего клапана верхнего шарового крана 9;

- в линии 19 стравливающего клапана нижнего шарового крана 10;

- в линии 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3;

- в линии 25 присоединения подвески насосно-компрессорной трубы;

- в линии 22 присоединения инструмента для спуска и подъема.

Давление в полости А 34,5 - 69,0 МПа.

Активация этой функции обеспечена путем подачи давления в полости подводного противовыбросвого оборудования через линии глушения 44 и дросселирования 45 подводного противовыбросвого оборудования, что приводит к разрыву мембран в адаптере 4 инструмента для спуска и подъема и переключению гидрораспределителей внутри гидравлической системы нижней колонны для спуска (фиг. 3).

Таким образом, управляющее давление переключит четвертый гидрораспределитель 37 и пробьет первую мембрану 46.

Затем управляющий гидравлический сигнал поступит на третий гидрораспределитель 36 и переключит его в правое положение.

Из третьего гидрораспределителя 36 управляющее давление поступит на выполнение отсоединения инструмента для спуска и подъема.

Для отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения необходимо подать давление в верхнюю полость Б (фиг. 3) между зарытым нижним кольцевым превентором 28 и нижним плашечным превентором 33. Управляющее давление переключит первый гидрораспределитель 34 и пробьет вторую мембрану 47.

Второй гидрораспределитель 35 благодаря пружине привода при отсутствии давления в линии 20 отключения резервного управления переключается в левое положение, открывая контур в верхнюю часть нижней колонны для спуска через сервисную линию С (фиг. 2).

Сервисная линия С является внутренней гидравлической линией нижней колонны для спуска, используемой в случае активации резервного управления при подаче давления через верхнюю полость Б (фиг. 3).

В нижней части нижней колонны для спуска давление поступит в линию 15 закрытия подводной испытательной фонтанной арматуры 3 для обеспечения закрытия нижнего шарового крана 10 и верхнего шарового крана 9 (помимо действия автомата аварийного закрытия).

В верхней части нижней колонны для спуска управляющее давление, поступившее через второй гидрораспределитель 35 по сервисной линии С, переключает гидрораспределитель 38 в левое положение и тем самым изолирует линию 13 закрытия перепускного клапана 1/отсоединения механизма 11 экстренного отсоединения.

Наличие второго гидрораспределителя 35 в том исполнении (двухпозиционный), как он изображен на фиг. 2, позволяет закрыть верхний шаровой кран 9 и нижний шаровой кран 10 не только за счет привода автомата аварийного закрытия, а также за счет давления среды, поступающей через отверстия нижней колонны для спуска при подаче давления в полость А из подводного противовыбросового оборудования.

Обеспечение дублирования системы безопасности заключается в том, что дополнительно к усилию автомата аварийного закрытия (не показан на чертежах) верхнего шарового крана 9 и нижнего шарового крана 10 обеспечена подача дополнительного давления с использованием сервисной линии и второго гидрораспределителя 35. Наличие второго гидрораспределителя 35 позволяет выполнить режим резервного управления нижней колонны для спуска с подачей дополнительного давления к усилию автомата аварийного закрытия (то есть «додавливание» пружины автомата аварийного закрытия) с целью обеспечения гарантированного полного закрытия верхнего шарового крана 9 и нижнего шарового крана 10, в том числе, при перерезании верхним шаровым краном 9 и нижним шаровым краном 10 троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб с последующим закрытием верхнего шарового крана 9 и нижнего шарового крана 10, при этом подача дополнительного давления обеспечивает соответствие требованиям международных отраслевых стандартов по безопасности проведения внутрискважинных работ на морских месторождениях добычи углеводородов.

Применение гидрораспределителя 35 обеспечивает гарантированное полное закрытие шаровых кранов подводной испытательной фонтанной арматуры при активации режима дублирования работы системы безопасности (то есть подачи управляющей жидкости через линии дросселирования 45 и глушения 44 подводного противовыбросового оборудования в полости А и Б).

При этом обеспечено сначала закрытие запорной арматуры 7 перепускного клапана 1, затем с помощью седьмого гидрораспределителя 41 обеспечено открытие системы 12 компенсации давления и связанный с ней шестой гидрораспределитель 40, при этом будет обеспечено стравливание в затрубное пространство избыточного давления, запертого между закрытой запорной арматурой 7 перепускного клапана 1 и закрытым верхним шаровым краном 9.

После выравнивания давлений управляющий гидравлический сигнал поступает на привод механизма 11 экстренного отсоединения и происходит отсоединение колонны райзера и верхней части нижней колонны для спуска в составе перепускного клапана 1 от подводной испытательной фонтанной арматуры 3.

Следующие сокращения используются на чертежах для удобства:

КДС - колонна для спуска;

ПК - перепускной клапан 1;

ГЦ ПК - гидроцилиндр перепускного клапана 1;

СКД - система 12 компенсации давления;

ГЦ СКД - гидроцилиндр системы 12 компенсации давления;

МЭО - механизм 11 экстренного отсоединения;

ГЦ МЭО - гидроцилиндр механизма 11 экстренного отсоединения;

ВШК - верхний шаровой кран 9;

ГЦ ВШК - гидроцилиндр верхнего шарового крана 9;

НШК - нижний шаровой кран 10;

ГЦ НШК - гидроцилиндр нижнего шарового крана 10;

ПИФА - подводная испытательная фонтанная арматура 3;

ИДСП - инструмент для спуска и подъема;

ППВО - подводное противовыбросовое оборудование;

Д1-Д4 - датчики давления.

Для пояснения условных обозначений гидравлической схемы нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности приведена Таблица 1 на фиг. 4

В контексте настоящего описания числительные «первый», «второй», «верхний», «нижний» и т.д. используются только для указания различия между существительными, к которым они относятся, но не для описания определенных взаимосвязей между этими существительными.

Следует понимать, что настоящее описание не предназначено для определения объема охраны предлагаемого технического решения, целью описания является обеспечение понимания предлагаемого технического решения. Описанный вариант осуществления не является исчерпывающим, и специалистам в данной области техники очевидно, что возможны и другие варианты осуществления предлагаемого технического решения.

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение повышения безопасности в случае экстренного отсоединения оборудования при возникновении чрезвычайных ситуаций. Технический результат достигается благодаря способу управления нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности, включающий: закрытие нижнего шарового крана подводной испытательной фонтанной арматуры и запорной арматуры перепускного клапана с обеспечением перерезания троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб; активации механизма экстренного отсоединения с обеспечением запланированного отсоединения нижней колонны для спуска; закрытие запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры с обеспечением аварийного глушения скважины; закрытие запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры, запорной арматуры перепускного клапана с последующей активацией механизма экстренного отсоединения с обеспечением аварийного отсоединения нижней колонны для спуска; активацию резервного управления нижней колонны для спуска с использованием внутренней гидравлической сервисной линии, в случае потери управляющих сигналов, поступающих к нижней колонне для спуска с обеспечением активации механизма экстренного отсоединения с его отсоединением и отсоединения инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы; при этом дополнительно к усилию автомата аварийного закрытия верхнего шарового крана и нижнего шарового крана обеспечена подача дополнительного давления с использованием внутренней гидравлической сервисной линии. 4 ил.

Способ управления нижней колонны для спуска с дублированием системы безопасности, причем нижняя колонна для спуска установлена в подводном противовыбросовом оборудовании и содержит установленные последовательно с образованием эксплуатационного ствола:

перепускной клапан, включающий систему компенсации давления,

срезной патрубок,

механизм экстренного отсоединения,

подводную испытательную фонтанную арматуру, включающую запорную арматуру, в виде нижнего шарового крана и верхнего шарового крана с автоматом аварийного закрытия, и механизм экстренного отсоединения,

адаптер инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы,

причем нижняя колонна для спуска включает внутреннюю гидравлическую сервисную линию;

механизм экстренного отсоединения выполнен с возможностью обеспечения разъединения колонны для спуска на две части;

при этом способ содержит этапы, на которых

закрывают нижний шаровой кран подводной испытательной фонтанной арматуры и запорной арматуры перепускного клапана с обеспечением перерезывания троса/кабеля/гибких насосно-компрессорных труб; активируют механизм экстренного отсоединения с обеспечением запланированного отсоединения нижней колонны для спуска;

осуществляют дожатие закрытой запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры в случае активации дублированной системы безопасности;

осуществляют дожатие закрытой запорной арматуры подводной испытательной фонтанной арматуры, запорной арматуры перепускного клапана с последующей активацией механизма экстренного отсоединения с обеспечением аварийного отсоединения нижней колонны для спуска; активируют резервное управления нижней колонны для спуска с использованием внутренней гидравлической сервисной линии, в случае потери управляющих сигналов, поступающих к нижней колонне для спуска с обеспечением активации механизма экстренного отсоединения с его отсоединением и отсоединения инструмента для спуска и подъема подвески насосно-компрессорной трубы;

одновременно с этим к усилию автомата аварийного закрытия верхнего шарового крана и нижнего шарового крана обеспечивают подачу дополнительного давления с использованием внутренней гидравлической сервисной линии.