ШЛАНГОКАБЕЛЬ
FLEXIBLE DRILL STRING

Изобретение относится к шлангокабелю для передачи текучих сред и электрических токов/сигналов между поверхностью моря и оборудованием, расположенным на дне моря, в особенности, глубоководным оборудованием, содержащему ряд труб и электрических проводников/ проводов, собранных в пучок, заполняющий материал, расположенный по меньшей мере частично вокруг труб и проводников/проводов и между ними, и защитную оболочку, окружающую указанные трубы, проводники/провода и заполняющий материал.
Шлангокабели этого типа выполняются как составная структура, которая может передавать гидравлические жидкости, химические вещества, текучие среды, электрические и оптические сигналы и электрическую энергию между оборудованием на дне моря и на поверхности моря. Ранняя версия таких шлангокабелей известна из международной патентной публикации WO 93/17176. Типичным для такого шлангокабеля является то, что наибольшая часть передачи нагрузки происходит в центрально расположенной стальной трубе большого размера. Другие известные примеры описаны в патентных документах Великобритании №2326177 А и №2236758 А, патентообладатель которых тот же, что и автор настоящего изобретения.
Одновременно подана международная патентная заявка PCT/NO05/00215, относящаяся к мощному шлангокабелю.
Вышеупомянутые стальные трубы большого сечения благодаря собственному весу добавляют значительный вес шлангокабелю. Трубы должны иметь такие большие размеры, потому что они действуют как несущие нагрузку элементы, а не потому, что этого требует транспортируемая среда. Таким образом, глубина моря, на которой имеющий традиционную конструкцию шлангокабель может использоваться, ограничена.
В качестве несущих нагрузку элементов может использоваться стальной трос. Это, однако, не решает проблему в значительной степени. Стальной трос также добавляет существенный вес, и в сочетании с тяжелыми трубами нельзя достигнуть больших глубин, прежде чем шлангокабель достигнет предела текучести и разорвется от собственного веса.
Были предприняты значительные усилия и использованы большие ресурсы, чтобы найти решение проблемы использования этих шлангокабелей на реальных морских глубинах, таких как 2500 м и более.
Сейчас эта проблема решена путем использования технологии, которая разработана авторами настоящего изобретения, а именно, технологии, которая используется для натяжения опор плавучих платформ (см., например, международную патентную публикацию WO 02/057560 А1).
Таким образом, согласно настоящему изобретению предлагается шлангокабель указанного во введении типа, который отличается тем, что он содержит отдельные несущие нагрузку элементы, которые представляют собой легкие стержни, выполненные из композитного материала. Легкие стержни из композитного материала могут предпочтительно быть угольными стержнями, содержащими встроенные упрочняющие волокна. Стержни могут быть либо собраны в пучки, либо располагаться индивидуально, либо в комбинации того и другого.
Композитный материал имеет прекрасное свойство, которое заключается в том, что он имеет приблизительно такую же нагрузочную способность, что и сталь, в то время как вес уменьшен приблизительно до 10% от веса стали. Таким образом, несущие нагрузку элементы не дают существенного вклада в суммарный вес мощного шлангокабеля, обеспечивая, таким образом, возможность использовать мощный шлангокабель на большой глубине. Если позволяет уменьшение веса, то можно достигнуть очень больших глубин. Типичным примером композитного материала являются угольные стержни, содержащие встроенные упрочняющие волокна.
В одном варианте выполнения заполняющий материал, трубы и проводники/провода могут быть уложены в винтообразной или спиральной конфигурации вокруг продольной оси шлангокабеля.
Во втором варианте выполнения заполняющий материал, трубы и проводники/ провода могут быть уложены, по существу, с образованием прямоугольной конфигурации без существенного закручивания или придания спиральности.
Элементы, несущие нагрузку, могут быть собраны в скрученный или имеющий вид спирали пучок, который расположен в центре в качестве сердцевины внутри мощного шлангокабеля.
В качестве альтернативы, несущие нагрузку элементы мощного шлангокабеля могут быть разнесены на ряд пучков, расположенных по периферии продольной оси шлангокабеля.
В качестве альтернативы шлангокабель может также включать элементы утяжеления, чтобы добавить массу/вес шлангокабеля либо на всем протяжении, либо в некоторых его частях.
Заполняющий материал, трубы и проводники/провода могут быть уложены в несколько слоев, если смотреть в радиальном направлении.
В одном варианте выполнения несущие нагрузку элементы могут состоять из отдельных стержней, которые распределены по поперечному сечению, и некоторые из них могут быть расположены рядом друг с другом, не будучи собранными в пучок.
Даже если это не строго необходимо, заполняющий материал в подходящем варианте выполнения присутствует в виде удлиненных канальных элементов, которые способны по меньшей мере частично охватывать соответствующие трубы и кабели с обеспечением удержания их в определенном положении по отношению друг к другу.
Другие цели, свойства и преимущества будут видны из следующего описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения, которые даны с целью описания и в контексте с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 показывает поперечное сечение первого варианта выполнения предложенного шлангокабеля, содержащего центрально расположенные несущие нагрузку элементы.
Фиг.2 показывает поперечное сечение второго варианта выполнения предложенного шлангокабеля.
Фиг.3 показывает поперечное сечение следующего варианта выполнения предложенного шлангокабеля, содержащего несколько несущих нагрузку элементов, расположенных по периферии.
Фиг.4 показывает поперечное сечение другого варианта выполнения предложенного шлангокабеля, содержащего центрально расположенный несущий нагрузку элемент.
Фиг.5 показывает поперечное сечение еще одного варианта предложенного шлангокабеля, содержащего центрально расположенный несущий нагрузку элемент.
Фиг.6 показывает поперечное сечение еще одного варианта предложенного шлангокабеля, содержащего центрально расположенный несущий нагрузку элемент.
Фиг.7 показывает поперечное сечение следующего варианта предложенного шлангокабеля, содержащего центрально расположенный несущий нагрузку элемент.
Фиг.8 показывает поперечное сечение варианта предложенного шлангокабеля без характерных удлиненных канальных элементов.
Фиг.9 показывает поперечное сечение варианта предложенного шлангокабеля, в котором несущие нагрузку элементы состоят из ряда отдельных, не собранных в пучок стержней.
Следует понимать, что возможны два варианта выполнения поперечного сечения шлангокабелей, показанных на фиг.1-9, которые не отражены на чертежах, а именно, один вариант выполнения, в котором отдельные элементы шлангокабеля расположены с определенной глубиной залегания от продольной оси шлангокабеля, и один вариант выполнения, в котором отдельные элементы расположены более или менее на прямой линии по существу параллельно продольной оси шлангокабеля. Что касается подробной конструкции традиционного шлангокабеля и как он может быть изготовлен, дана ссылка на ранее упомянутую ранее международную патентную публикацию WO 93/17176.
Шлангокабель согласно фиг.1 в основном состоит из следующих элементов: несущего нагрузку элемента 7, состоящего из пучка стержней 7', выполненных из композитного материала, внутренних канальных элементов 3', выполненных, например, из поливинилхлорида (ПВХ), электрических проводников/проводов 6, 6', труб 4, 4' для текучих сред, обычно выполненных из стали, элементов 8 утяжеления, или упрочняющих элементов 8, выполненных, например, в виде стального троса, и внешней оболочки 1, выполненной, например, из полиэтилена (ПЭ). Номер 9' позиции может обозначать фрикционный материал, подобный каучуковой оболочке, расположенный вокруг несущего нагрузку элемента 7. Номер 9 позиции может обозначать трубу, имеющую больший диаметр, чем трубы 4, 4', как показано на фиг.3. Номер 10 позиции обозначает заполняющий материал, отличный от канальных элементов 3', который может быть вспененным веществом или подобным ему. В практическом варианте выполнения стержни 7' являются угольными стержнями, содержащими встроенные упрочняющие волокна. Диаметр таких стержней имеет порядок 6 мм, но этот размер не следует понимать как ограничивающий.
Шлангокабель согласно фиг.2-6 в основном состоит из следующих элементов: несущего нагрузку элемента 7, состоящего из пучка стержней 7', выполненных из композитного материала, внутренних канальных элементов 3', промежуточных канальных элементов 3, внешних канальных элементов 2, электрических проводников/проводов 6, 6', труб 4, 4' для текучих сред, обычно выполненных из стали, элементов 8 утяжеления или упрочняющих элементов 8, выполненных, например, в виде стального троса, и внешней оболочки 1. Номер 9 позиции может обозначать фрикционный материал, наподобие каучуковой оболочки, расположенный вокруг несущего нагрузку элемента 7.
Эти элементы повторяются на большинстве чертежей и обозначаются одним и тем же номером позиции на соответствующих чертежах. Однако следует заметить, что на фиг.4 и 5 не показаны элементы утяжеления/ упрочняющие элементы 8, которые заменены ПВХ профилями 8'. На фиг.6 показан один элемент 8 утяжеления.
Фиг.7 показывает, в частности, вариант выполнения, имеющий несколько меньшую площадь поперечного сечения, но с рядом труб 4 для текучих сред, собранных в центре вблизи одного несущего нагрузку элемента 7 и ряд несущих нагрузку элементов 7 в виде одиночных стержней, распределенных около труб 4. Между отдельными стержнями могут быть помещены элементы 8 утяжеления, в этом варианте выполнения обычно являющимися стержнями 8', изготовленными из свинца. Кроме того, этот вариант выполнения также содержит проводники/провода 6, 6', внешнюю систему труб 4', канальные элементы 2, 3 и внешнюю оболочку 1. Это обеспечивает компактный шлангокабель, занимающий меньший объем.
Фиг.8 показывает другой частный вариант выполнения шлангокабеля, в котором используются не канальные элементы, а заполняющий материал 10, такой, как вспененное вещество. В остальном этот вариант выполнения имеет такие же конструктивные элементы, как описаны выше, хотя расположены по-другому в поперечном сечении.
Фиг.9 показывает, в частности, вариант выполнения шлангокабеля, имеющего резко отличающееся поперечное сечение, содержащий несколько больших труб 4' для текучих сред, несколько меньших труб 4 для текучих сред, несколько меньших проводников/проводов 6, и ряд несущих нагрузку элементов 7, которые имеют вид отдельных стержней 7', а не пучков из стержней. Кроме того, он содержит канальные элементы 2, 3, 3', проходящие к самому центру шлангокабеля, и внешнюю оболочку 1. Благодаря этому получен шлангокабель, который легче и менее дорог в производстве.