УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДНОГО ТРУБОПРОВОДА, ПРОЛОЖЕННОГО НА ДНЕ ВОДНОГО БАССЕЙНА, И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
DEVICE FOR PROTECTION OF AT LEAST ONE PIPELINE LAID ON WATER BASIN BOTTOM AND CORRESPONDING FLUID TRANSFER SYSTEM

Изобретение относится к устройству защиты, по меньшей мере, одного трубопровода, проложенного на дне водного бассейна, содержащему множество отдельных элементов балластировки трубопровода, при этом каждый элемент балластировки имеет нижнюю поверхность, предназначенную для укладки на дно водного бассейна, и верхнюю поверхность, ограничивающую, по меньшей мере, один опорный желоб для укладки трубопровода.
Такое устройство применяют, в частности, для защиты трубопроводов транспортировки текучей среды, проложенных на дне водного бассейна, такого как море, океан или озеро.
В частности, трубопровод предназначен для транспортировки текучей среды, например углеводородов, газов или смесей газов и жидкостей, от устья скважины, находящегося на дне водного бассейна, до зоны накопления, куда сходятся несколько трубопроводов. Текучие среды, собираемые в зоне накопления, поднимают в надводную установку через одну или несколько восходящих колонн.
Известны месторождения углеводородов в море, которые содержат множество скважин и, следовательно, большое число транспортировочных трубопроводов, проложенных на морском дне.
В связи с этим необходимо закреплять эти трубопроводы неподвижно относительно друг друга на морском дне, чтобы они не перемещались под действием подводных течений и не могли повредить соседние трубопроводы или подводное оборудование.
Для этого, как известно, трубопровод оборудуют пассивными элементами балластировки, которые позволяют стабилизировать положение трубопровода на морском дне за счет веса элементов балластировки.
Эти элементы балластировки представляют собой, например, бетонное покрытие, окружающее трубопровод по всей его длине, или кольцевые элементы из бетона, установленные через промежутки вдоль трубопровода, как описано, например, в документе FR 2400657 или в документе US 3240512.
Однако такое устройство имеет очень большую массу, которая затрудняет перемещение и установку трубопровода на дне водного бассейна.
Кроме того, такое устройство обеспечивает лишь частичную защиту трубопровода, в частности против ударов при падении предметов или при подводных работах.
Вместе с тем такая защита может быть необходимой, в частности, в рамках транспортировки криогенных жидкостей, таких как сжиженные природные газы (СПГ), находящихся при температуре около -160°С.
В этом случае используемые трубопроводы содержат двойной изолирующий кожух, который необходимо предохранять от повреждений, чтобы обеспечивать безопасную транспортировку текучей среды.
Задача изобретения состоит в создании устройства защиты трубопровода, проложенного на дне водного бассейна, которое является простым в установке и имеет небольшую массу и одновременно обеспечивает хорошую защиту трубопровода.
Поставленная задача решена в устройстве вышеуказанного типа, которое согласно изобретению дополнительно содержит верхнюю крышку защиты трубопровода, соединяющую, по меньшей мере, два отдельных элемента балластировки, закрывая трубопровод между элементами балластировки, при этом крышка расположена напротив желоба и ограничивает вместе с верхней поверхностью каждого элемента балластировки приемный канал для размещения трубопровода.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой(ых) технически возможной(ых) комбинации(ях):
- по меньшей мере, два элемента балластировки содержат средства крепления крышки на элементах балластировки;
- крышка имеет по существу форму участка цилиндра с вогнутостью, направленной вниз;
- крышка содержит нижнюю поверхность с минимальным радиусом кривизны, превышающим максимальный радиус кривизны верхней поверхности элемента балластировки, находящегося напротив желоба;
- под крышкой и двумя смежными элементами балластировки имеется, по меньшей мере, один объем, открытый вниз в отсутствие трубопровода;
- нижняя поверхность, по меньшей мере, одного элемента балластировки содержит выпуклую часть с выпуклостью, направленной вниз;
- выпуклая часть содержит центральную зону, по существу параллельную оси стопорения трубопровода в элементе балластировки и, по меньшей мере, одну периферическую зону, имеющую наклон к верхней поверхности, удаляясь от центральной зоны;
- по меньшей мере, один элемент балластировки выполнен из первого материала, предпочтительно бетона, при этом крышка выполнена из второго материала, предпочтительно пластического материала, металлического материала или композитного материала;
- верхняя поверхность каждого элемента балластировки ограничивает, по меньшей мере, два желоба, каждый из которых предназначен для размещения отдельного трубопровода, при этом устройство содержит напротив каждого желоба верхнюю крышку защиты трубопровода, соединяющую, по меньшей мере, два отдельных элемента балластировки, закрывая трубопровод между элементами балластировки, при этом крышка расположена напротив желоба; и
- крышка содержит множество элементов крышки, состыкованных друг с другом, при этом каждый элемент крышки содержит входной конец, расположенный на первом элементе балластировки, и выходной конец, расположенный на втором элементе балластировки, смежном с первым элементом балластировки.
Поставленная задача решена также в системе транспортировки текучей среды по дну водного бассейна, содержащей согласно изобретению:
- по меньшей мере, один жесткий трубопровод транспортировки текучей среды; и
- описанное выше устройство защиты, при этом трубопровод расположен в приемном канале между крышкой и каждым элементом балластировки, с возможностью опоры на каждый элемент балластировки.
Система транспортировки в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой(ых) технически возможной(ых) комбинации(ях):
- трубопровод, расположенный в каждом желобе, прилегает к верхней поверхности желоба, а крышка расположена на расстоянии от трубопровода; и
- крышка закрывает в угловом направлении трубопровод сверху на угловом секторе с углом, превышающим 90°, предпочтительно с углом, превышающим 180° вокруг оси трубопровода.
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 частично показана первая система транспортировки в соответствии с настоящим изобретением, содержащая устройство защиты, расположенное на дне водного бассейна, общий вид спереди в изометрии;
на фиг.2 показано устройство, изображенное на фиг.1, вид снизу;
на фиг.3 - вид в разрезе по вертикальной плоскости III фиг.1;
на фиг.4 детально показано устройство защиты, изображенное на фиг.1, вид снизу.
В дальнейшем тексте описания термины «входной» и «выходной» следует рассматривать относительно нормального направления циркуляции текучей среды.
На фиг.1-4 показана первая система 10 транспортировки текучей среды в соответствии с настоящим изобретением, лежащая на дне 12 водного бассейна 14. Эта система 10 находится полностью под поверхностью водного бассейна 14.
Водный бассейн 14 является, например, озером, морем или океаном. Он имеет глубину воды между дном и поверхностью напротив системы 10, например, превышающую 15 м и, в частности, составляющую от 30 м до 3500 м.
Система 10 транспортировки предназначена для перекачки текучей среды, в частности углеводородов, от добывающей установки (не показана) к зоне накопления (не показана), которая находится на выходе системы 10 транспортировки и из которой текучую среду транспортируют на поверхность водного бассейна 14.
Система 10 транспортировки содержит, по меньшей мере, один трубопровод 16А, 16В транспортировки текучей среды, при этом трубопровод 16В имеет диаметр, меньший диаметра трубопровода 16А.
В основном система 10 транспортировки может содержать только один трубопровод 16А или трубопроводы в количестве более двух.
Каждый трубопровод 16А, 16В транспортировки ограничивает внутри канал 20 циркуляции текучей среды. Вход этого канала 20 соединен с добывающей установкой, а выход - с восходящей колонной для непрерывной транспортировки текучей среды от добывающей установки к установке сбора на поверхности.
Трубопровод 16А, 16В может быть собран из простых металлических труб, соединенных между собой, или из металлических труб, покрытых слоем теплоизолятора, покрытого, в случае необходимости, оболочкой из полимерного материала.
В этом примере трубопровод 16А, 16В является жестким трубопроводом, выполненным, например, из металлической трубы или из соединения металлических труб.
Каждый трубопровод 16А, 16В проходит в продольном направлении вдоль оси А-А', которая на фигурах является горизонтальной.
В примере, показанном на фиг.1-4, каждый трубопровод 16А, 16В образован простой трубчатой стенкой, ограничивающей внутри канал 20 циркуляции текучих сред.
В варианте (не показан) трубопровод 16А, 16В содержит двойной цилиндрический кожух, ограничивающий кольцевое пространство, заполненное изоляционным материалом. В варианте трубопровод 16А, 16В содержит двойной цилиндрический кожух, предназначенный для транспортировки криогенной текучей среды, такой как сжиженный природный газ (СПГ).
Устройство 18 защиты содержит множество элементов 24 балластировки и крепления каждого трубопровода 16А, 16В и для каждого трубопровода 16А, 16В - отдельную продольную защитную крышку 26, закрепляемую на элементах 24 балластировки при помощи средств 28 крепления.
Элементы 24 балластировки распределены в продольном направлении по длине каждого трубопровода 16А, 16В. Они отстоят друг от друга в продольном направлении на расстояние в несколько метров, предпочтительно примерно в десять метров. В этом примере на каждом элементе 24 балластировки установлены два параллельных трубопровода 16А, 16В.
Каждый элемент 24 представляет собой тяжелый корпус 30, выполненный из первого материала, который предпочтительно является бетоном.
Корпус 30 ограничивает верхнюю поверхность 32 опоры трубопровода, нижнюю поверхность 34, опирающуюся на дно 12 водного бассейна 14, и боковую поверхность 36, соединяющую поверхности 32, 34.
Корпус 30 имеет ширину, измеряемую перпендикулярно к оси А-А', превышающую общую ширину трубопроводов 16А, 16В.
Он имеет длину, измеряемую параллельно оси А-А', меньшую длины промежутка, разделяющего два последовательных элемента 24 балластировки.
Как правило, верхняя поверхность 32 расположена горизонтально, когда нижнюю поверхность 34 укладывают на горизонтальное дно 12.
Как показано на фиг.3, для каждого трубопровода 16А, 16В верхняя поверхность 32 ограничивает вогнутый приемный желоб 38 для размещения трубопровода 16А, 16В и поперечно по обе стороны от каждого желоба 38 - плоские зоны 40 для установки средств 28 крепления.
Каждый желоб 38 открыт в продольном направлении спереди и сзади корпуса 30.
Каждый желоб 38 имеет вогнутость, направленную вверх. В этом примере каждый желоб 38 имеет поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной к оси А-А', по существу в виде дуги окружности с радиусом, сопрягающимся с наружным радиусом находящегося в нем трубопровода 16А, 16В.
Желоб 38 проходит по угловому сектору вокруг оси А-А' с углом α, превышающим 60°, в частности с углом, по существу равным 90° вокруг этой оси А-А'. Таким образом, когда трубопровод 16А, 16В укладывают в желоб 38, его периферия входит в контакт с верхней поверхностью 32 в желобе 38, по меньшей мере, по двум образующим трубопровода, проходящим вдоль оси А-А'.
Это позволяет избежать любого случайного поперечного перемещения трубопровода 16А, 16В.
В примере, показанном на фиг.3, трубопровод 16А, 16В прилегает к верхней поверхности в желобе 38 по существу по всей угловой протяженности желоба 38 вокруг оси А-А'.
Трубопровод 16А, 16В выступает над корпусом 30 от верхней поверхности 32, по меньшей мере, на половине своего диаметра. Он полностью удерживается на расстоянии от дна 12 водного бассейна 14 элементами 24 балластировки.
Нижняя поверхность 34 имеет форму, адаптированную к характеристикам грунта дна 12, а также к конфигурации трубопровода 16А, 16В.
Напротив каждого желоба 38 нижняя поверхность 34 содержит выпуклую часть 42 с выпуклостью, направленной вниз, и между выпуклыми частями 42 - по существу плоскую промежуточную соединительную часть 44.
Каждая выпуклая часть 42 выступает вниз поперечно по обе стороны от промежуточной части 44.
Таким образом, выпуклые части 42 ограничивают между собой центральную выемку с вогнутостью, направленной вниз, выходящую в продольном направлении по обе стороны от корпуса 30.
Каждая выпуклая часть 42 содержит по существу плоскую центральную зону 46, предназначенную для заглубления в дно 12 водного бассейна 14, и наклонную периферическую часть 48, проходящую в направлении верхней поверхности 32 от центральной зоны 46.
Центральная зона 46 по существу находится в плоскости, параллельной оси А-А', параллельно плоской зоне 40 верхней поверхности 32.
Расстояние, отделяющее в вертикальном направлении ось А-А' от плоскости центральной зоны 46, превышает расстояние, отделяющее ось А-А' от плоской зоны 40.
Кроме того, толщина е1 корпуса 30, измеренная между самой нижней точкой желоба 38 и центральной зоной 46, превышает толщину е2 корпуса, измеренную между плоской зоной 40 верхней поверхности 32 и промежуточной частью 44.
Периферическая зона 48 находится на периферии плоской зоны 46. Периферическая зона 48 проходит в направлении верхней поверхности 32 вверх от центральной зоны 46, с одной стороны, в боковом направлении и в продольном направлении к боковой поверхности 36 и, с другой стороны, в боковом направлении к промежуточной части 44.
В проекции в вертикальной плоскости угол β наклона, образованный между плоскостью центральной зоны 46 и периферической зоной 48, превышает 10° и, в частности, составляет от 10° до 80°.
Наличие наклонной периферической зоны 48 вокруг плоской центральной зоны 46 облегчает перемещение системы 10 транспортировки по дну 12 водного бассейна 14, в частности, когда трубопровод 16А, 16В протаскивают, и ограничивает сопротивление тяговому усилию, оказываемое устройством 18 защиты.
Для каждого элемента 24 балластировки и для каждого трубопровода 16А, 16В средства 28 крепления содержат пару находящихся друг против друга стоек 60А, 60В, расположенных поперечно по обе стороны от желоба 38.
Предпочтительно стойки 60А, 60В выполнены из металла.
Расстояние, разделяющее стойки 60А, 60В в поперечном направлении, превышает диаметр трубопровода 16А, 16В.
Первая стойка 60А установлена на плоской зоне 40 верхней поверхности, находящейся вдоль бокового края корпуса 30. Вторая стойка 60В установлена на плоской зоне 40, находящейся напротив соединительной части 44.
Стойки 60А, 60В выступают вверх от верхней поверхности 32.
В этом примере крышка 26, соответствующая каждому трубопроводу 16А, 16В, расположена напротив желоба 38, в котором находится трубопровод 16А, 16В. Вместе с желобом 38, ограниченным верхней поверхностью 32, крышка 26 образует канал для прохождения трубопровода 16А, 16В.
Крышка 26 находится на расстоянии от трубопровода 16А, 16В, ограничивая над трубопроводом 16А, 16В промежуточное пространство 60. Предпочтительно промежуточное пространство 60 заполняют упругим материалом, например таким, как резина.
Таким образом, крышка 26 накрывает трубопровод 16А, 16В на угловом секторе с угломγ γ, измеренным вокруг оси А-А', превышающим 90° и, в частности, равным 180°. Таким образом, она по существу закрывает зону трубопровода 16А, 16В, находящуюся над горизонтальной плоскостью, проходящей через ось А-А', когда элемент 24 укладывают на горизонтальном дне 12.
В этом примере крышка 26 содержит стенку по существу постоянной толщины в виде участка цилиндра, обрезанного по плоскости, параллельной оси цилиндра, образованного этим участком.
Таким образом, в проекции в плоскости, перпендикулярной к оси А-А', нижняя поверхность 62 имеет минимальный радиус кривизны с центром на оси А-А', превышающий максимальный радиус кривизны трубопровода 16А, 16В, который она накрывает, и превышающий максимальный радиус кривизны желоба 38.
В продольном направлении крышка 26 проходит параллельно оси А-А' по длине, превышающей расстояние, разделяющее в продольном направлении два элемента 24 балластировки, и по длине, превышающей длину каждого элемента 24 балластировки.
Предпочтительно крышка проходит непрерывно по всей длине трубопровода 16А, 16В, установленного напротив последовательных элементов 24 балластировки, в направлении от элемента 24 балластировки, находящегося ближе всего ко входу, до элемента 24 балластировки, находящегося ближе всего к выходу.
Крышка полностью расположена над верхней поверхностью 32 элементов 24 балластировки и над дном 12 и на расстоянии от этого дна.
В этом примере крышка 26 выполнена из множества отдельных элементов 64 крышки, установленных встык между последовательными элементами 24 балластировки.
Таким образом, каждый элемент 64 крышки проходит непрерывно между входным концом 66, закрепленным на средствах 28 крепления первого элемента 24 балластировки, и выходным концом 68, закрепленным на средствах 28 крепления второго смежного элемента 24 балластировки. Крепление крышки 26 на средствах 28 крепления выполняют, например, посредством винтового, заклепочного или болтового соединения.
Таким образом, на каждом промежуточном элементе 24 балластировки, находящемся между двумя элементами 24 балластировки, установлены два смежных элемента 64 крышки, которые крепят на элементе 24 балластировки при помощи средств 28 крепления.
Таким образом, каждый элемент 64 крышки подвешен своими концами между двумя смежными элементами 24 балластировки. Между каждой парой смежных элементов 24 балластировки объем, имеющийся под нижней поверхностью 62 в отсутствие трубопровода 16А, 16В, не перекрыт поверхностью элемента 24 балластировки и доходит до дна 12.
Выполненная таким образом сплошная защитная крышка 26 обеспечивает исключительно эффективную защиту трубопровода 16А, 16В от падения предметов или от ударов при подводных работах. Если предпочтительно защитная крышка 26 содержит слой упругого материала в промежуточном пространстве 60, это позволяет также эффективно поглощать высокую энергию ударов. Кроме того, поскольку защитная крышка 26 не связана механически с жестким трубопроводом 16А, 16В, существенно снижается риск появления повреждения, такого как надрез, на стенке трубопровода 16А, 16В. Это представляет собой основное преимущество по сравнению с известным устройством защиты, например таким, как бетонные покрытия.
Для этого предпочтительно крышку 26 выполняют из композитного материала, такого как смола с наполнителем из углеродных волокон, из металлического материала, такого как сталь, или из пластического материала, такого как GRP (Glass Fiber Reinforced Polyester или полиэфир, армированный углеродными волокнами). Она является относительно легкой и при этом обладает достаточной механической прочностью.
Далее следует описание монтажа и установки системы 10 транспортировки на дне 12 водного бассейна 14.
Сначала из трубных элементов собирают каждый трубопровод 16А, 16В.
Под каждым трубопроводом 16А, 16В располагают элементы 24 балластировки, распределяя их вдоль трубопровода 16А, 16В. Для этого каждый трубопровод 16А, 16В устанавливают в желоб 38 каждого элемента 24 балластировки, вводя его периферическую поверхность в контакт с верхней поверхностью 32 желоба 38.
При этом трубопровод 16А, 16В располагают между стойками 60А, 60В, и он выступает над стойками 60А, 60В.
Затем последовательные элементы 64 крышки соединяют встык, закрепляя входной конец 66 каждого элемента 64 крышки на стойках 60А, 60В первого элемента 24 балластировки и выходной конец 68 элемента 64 крышки на стойках 60А, 60В смежного элемента балластировки.
Таким образом, между элементами 24 балластировки выполняют непрерывную защитную крышку 26 по всей длине защищаемого трубопровода 16А, 16В.
Сформированную таким образом систему 10 транспортировки буксируют вблизи дна водного бассейна ("bottom tow"), затем укладывают на дно 12 водного бассейна 14. Масса каждого элемента 24 балластировки в сумме с массой трубопровода 16А, 16В приводит к заглублению в дно 12 водного бассейна 14, что обеспечивает хорошую стабилизацию трубопровода.
После укладки на дно 12 можно скорректировать положение трубопровода 16А, 16В за счет особой формы нижней поверхности 34 элементов 24 балластировки и, в частности, формы наклонных боковых поверхностей 48.
Таким образом, система 10 транспортировки в соответствии с настоящим изобретением является исключительно простой в монтаже и обеспечивает легкую укладку, по меньшей мере, одного трубопровода 16А, 16В на дне 12 водного бассейна 14 с одновременным обеспечением адекватной защиты трубопровода 16А, 16В.
Кроме того, защитная крышка 26, состоящая из состыкованных модулей, существенно облегчает операции технического осмотра и обслуживания трубопровода. В частности, не составляет труда заменить один из составных элементов защитной крышки 26 при его повреждении.