Динамическое устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок

Изобретение относится к области подводной добычи углеводородов, в частности к динамическому 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. Предложено динамическое устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающих колонну кондуктора и колонну направления, которое содержит: кессон; крышку, ограничивающую сверху кольцевую полость, образованную наружной и внутренней кольцевыми стенками, и выполненную как одно целое с кессоном; подводное противовыбросовое оборудование с датчиками положения; съемную платформу с гидроцилиндрами, имеющую центральное отверстие для размещения системы подводных колонных головок; следящее устройство распределения давления, выполненное с возможностью получения сигналов от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования и подачи давления в гидроцилиндры в соответствии с сигналами от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к области подводной добычи углеводородов, в частности к динамическому 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 RU 2632085 C2, 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 US 5044830 A, 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 US 5044830 A является то, что конструкция оболочек кессона и перегородок не позволяет в достаточной мере оказывать сопротивление опрокидывающему моменту.

В качестве наиболее близкого аналога выбран патент GB 2566288 A, 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 GB 2566288 A 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 динамического 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 динамическое устройство для компенсации нагрузок на систему подводных колонных головок, включающую колонну кондуктора и колонну направления, устройство 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; - подводное противовыбросовое оборудование, выполненное с возможностью установки на его верхнем торце датчиков положения подводного противовыбросового оборудования; - съемную платформу, имеющую центральное отверстие для размещения системы подводных колонных головок, верхнюю поверхность, выполненную с возможностью закрепления относительно подводного противовыбросового оборудования с обеспечением его расположения соосно системе подводных колонных головок, и нижнюю поверхность, выполненную с возможностью установки гидроцилиндров с обеспечением их расположения по окружности относительно центрального отверстия и контакта с крышкой кессона; - следящее устройство распределения давления, выполненное с возможностью получения сигналов от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования и подачи давления в гидроцилиндры в соответствии с сигналами от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования.

Предлагаемое динамическое устройство предпочтительно содержит по меньшей мере один насос, выполненный с возможностью соединения с кольцевой полостью кессона и откачивания из нее текучей среды.

Предлагаемое динамическое устройство предпочтительно содержит отсечной вентиль, выполненный с возможностью срабатывания для отключения насоса.

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

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое динамическое 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. Кессон 3 представляет собой сварную конструкцию, усиленную ребрами жесткости 9 и не имеет жесткой связи с системой подводных колонных головок.

Предлагаемое динамическое устройство для компенсации нагрузок содержит подводное противовыбросовое оборудование 10, выполненное с возможностью установки на его верхнем торце датчиков 11 положения подводного противовыбросового оборудования 10.

Предлагаемое динамическое устройство для компенсации нагрузок содержит также съемную платформу 12, имеющую центральное отверстие 13, в котором размещена система подводных колонных головок, когда съемная платформа 12 установлена.

Съемная платформа 12 имеет верхнюю поверхность 14, выполненную с возможностью закрепления относительно подводного противовыбросового оборудования 10 с обеспечением его расположения соосно системе подводных колонных головок, как это изображено на Фиг. 1. Съемная платформа 12 также имеет нижнюю поверхность 15, выполненную с возможностью установки гидроцилиндров 16 с обеспечением их расположения по окружности относительно центрального отверстия 13, при этом гидроцилиндры 16 установлены с обеспечением постоянного контакта с крышкой 8 кессона 3. Гидроцилиндры 16 имеют первую рабочую полость 17 и вторую рабочую полость 18.

Предлагаемое динамическое устройство для компенсации нагрузок содержит также следящее устройство 19 распределения давления, выполненное с возможностью получения сигналов от датчиков 11 положения подводного противовыбросового оборудования 10 и подачи давления в гидроцилиндры 16 в соответствии с сигналами от датчиков 11.

На кессоне 3 установлен насос 20, 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 21. С кессоном 3 соединен отсечной вентиль 22, выполненный с возможностью перекрытия поступления текучей среды из кольцевой полости 7 в насос 20.

Принцип работы предлагаемого динамического устройства для компенсации нагрузок следующий. Предлагаемое динамическое устройство опускают на место установки съемным инструментом для спуска и подъема. При достижении кессоном 3 морского дна 21 автоматически включается насос 20 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 вморское дно 21 на глубину Н, 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. В момент заглубления кессона 3 на необходимую величину Н срабатывает отсечной вентиль 22 для отключения насоса 20 и текучая среда из кольцевой полости 7 перестает поступать в насос 20.

Далее на место установки кессона 3 опускают съемную платформу 12 с закрепленным относительно нее подводным противовыбросовым оборудованием 10 с датчиками 11 положения. Затем обеспечивают выдвижение гидроцилиндров 16 до контакта с крышкой 8 кессона 3, при этом должен быть обеспечен постоянный контакт гидроцилиндров 16 с поверхностью крышки 8 кессона 3, например за счет использования системы компенсации возможного избыточного перемещения кессона 3 (на чертежах не показана). При возникновении нагрузки на подводное противовыбросовое оборудование 10 датчики 11 положения передают сигнал по линиям передачи 23 на следящее устройство 19 распределения нагрузки, которое обрабатывает входящий сигнал от датчиков 11 положения и обеспечивает подачу по линиям передачи 24 увеличенного давления в соответствующие цилиндры 16, в сторону которых наклоняется подводное противовыбросовое оборудование 10, чем достигается разгрузка от усилий, действующих на систему подводных колонных головок. Подача гидравлической жидкости к следящему устройству 19 распределения нагрузки осуществляют с земной поверхности через шлангокабель 25. Например, при передаче от датчиков 11 сигнала на следящее устройство 19 о наклоне подводного противовыбросового оборудования 10 вправо обеспечивается подача увеличенного давления во вторую рабочую полость 18 гидроцилиндров 16, расположенных справа. Следует понимать, что рабочая полость 17 является штоковой полостью, а рабочая полость 18 является поршневой полостью.

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.

1. Динамическое 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;

- подводное противовыбросовое оборудование, выполненное с возможностью установки на его верхнем торце датчиков положения подводного противовыбросового оборудования;

- съемную платформу, имеющую центральное отверстие для размещения системы подводных колонных головок, верхнюю поверхность, выполненную с возможностью закрепления относительно подводного противовыбросового оборудования с обеспечением его расположения соосно системе подводных колонных головок, и нижнюю поверхность, выполненную с возможностью установки гидроцилиндров с обеспечением их расположения по окружности относительно центрального отверстия и контакта с крышкой кессона;

- следящее устройство распределения давления, выполненное с возможностью получения сигналов от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования и подачи давления в гидроцилиндры в соответствии с сигналами от датчиков положения подводного противовыбросового оборудования.

2. Динамическое устройство по п. 1, содержащее по меньшей мере один насос, выполненный с возможностью соединения с кольцевой полостью кессона и откачивания из нее текучей среды.

3. Динамическое устройство по п. 1, содержащее отсечной вентиль, выполненный с возможностью срабатывания для отключения насоса.