СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ УТЕЧЕК И СПОСОБ УСТАНОВКИ ТАКОЙ СИСТЕМЫ
UNDERWATER LEAK DETECTION SYSTEM AND METHOD FOR INSTALLATING SUCH SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в общем, относится к системе обнаружения подводных утечек и к способу установки такой системы.
Конкретнее, изобретение относится к системе обнаружения подводных утечек, приспособленной для точного, надежного и удобного позиционирования в соответствующем месте под водой. Это облегчает точное обнаружение утечек углеводородов и других утечек из подводного узла, например, из фонтанной арматуры. Следовательно, обеспечивается отправка сигнала бригаде контроля скважины для принятия мер по устранению неисправностей.
В частности, настоящее изобретение относится к системе обнаружения подводных утечек согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения и к способу соответствующего позиционирования такой системы обнаружения утечек в подводном месте расположения согласно вводной части пункта 8.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Специалистам в данной области техники известно применение различных подводных узлов при поиске и добыче таких углеводородов, как нефть и газ. К ним относятся и комплексные установки, содержащие различное оборудование и различные узлы. Эти узлы, как известно специалистам, могут быть фонтанной арматурой, противовыбросовым оборудованием (ПВО), эксплуатационными манифольдами и т.д.
Как известно, из таких подводных узлов возникают малые и большие утечки углеводородов и других нежелательных материалов, например закачиваемых текучих веществ и химикатов, в частности в процессе добычи, что приводит к выбросу углеводородов или других химикатов в окружающую водную среду.
Исследованием воздействия утечек углеводородов на окружающую среду в настоящее время озабочен весь мир. Поэтому организации, занимающиеся разведкой и добычей углеводородов, придают сейчас огромное значение регулированию и по существу предотвращению утечек углеводородов и других утечек из подводных устройств не только с экономической, но особенно с экологической точки зрения.
Таким образом, в указанном контексте ясно, что изложенное в настоящем документе выше и ниже, в описании как настоящего изобретения, так и уровня техники, объясняется в связи с углеводородами, фонтанной арматурой и устройствами/оборудованием для добычи. Следует понимать, что эти ограничения служат для объяснения. Настоящее изобретение относится ко всем типам обнаружения утечек под водой, в частности утечек углеводородов, гидравлических жидкостей, химикатов и т.д. Кроме того, настоящее изобретение применимо для всех типов устройств, установок, оборудования и таких подводных узлов, как фонтанная арматура, эксплуатационные манифольды и т.д., известных специалистам в области морской добычи углеводородов. Ссылки на устройства и операции для подводной добычи углеводородов даются исключительно для примера и не являются ограничивающими.
Использование акустических методов обнаружения подводных утечек известно довольно давно, но их недостаток заключается в чувствительности к экранированию сигналов подводными конструкциями и устройствами. Известно, однако, что такие недостатки эффективно преодолеваются развертыванием множества детекторов вокруг потенциальных зон утечек.
Известно, что на небольших глубинах эффективны биодатчики, основанные на изучении реакции морских животных на загрязнение. Однако в настоящее время разработка таких датчиков еще находится, в основном, на стадии экспериментов.
Емкостные датчики замеряют изменение диэлектрической постоянной среды, окружающей датчик, и, как было установлено, достаточно надежны для точного обнаружения утечек углеводородов и других утечек из подводных добывающих устройств.
Все более важным становится предотвращение любых утечек углеводородов в процессе подводной добычи. Чем раньше может быть обнаружена малая утечка, тем легче будет предотвратить всякую более значительную утечку. В этом отношении важной проблемой является положение основания детектора утечки, чтобы он мог правильно обнаружить утечку.
Надлежащее позиционирование системы обнаружения утечек требуется не только для точного обнаружения утечек, но также и для того, чтобы естественное высачивание из морского дна не приводило к срабатыванию детектора. Естественное высачивание может вызвать выдачу ложных сигналов бригаде контроля утечек. Кроме того, еще одна проблема заключается в сохранении положения детектора утечек после его установки.
Другими словами, известные из уровня техники системы обнаружения утечек не приспособлены соответствующим образом для точного и надежного позиционирования.
В документе US 7918126 раскрыта система обнаружения утечек для точного обнаружения подводных утечек таких материалов, как углеводороды, гидравлические жидкости и химикаты. Система включает множество датчиков и контроллер, получающий от этих датчиков данные по обнаружению утечек. На основании полученных данных контроллер управляет обнаружением. Но изобретение не предполагает точного и надежного позиционирования системы обнаружения утечек, так как система не приспособлена к такому позиционированию и, более того, содержит сложную конструктивную сеть.
Аналогично, в документе US 4282487 раскрыта система обнаружения углеводородов, но в нем тоже не раскрыто, как система приспособлена к точному и надежному позиционированию для точного обнаружения утечек. Наоборот, в разделе «Предшествующий уровень техники» в общих чертах говорится, что желательно расположение множества устройств обнаружения в местах потенциальных утечек углеводородов.
Общеизвестно, что с учетом озабоченностей, упомянутых в предшествующих абзацах, системы обнаружения утечек часто размещают в потолочной части подводных узлов, например узлов фонтанной арматуры. Это делается для того, чтобы задержать все обнаруженные утечки из таких устройств. Но такое позиционирование приводит к ошибкам обнаружения, так как утечки углеводородов, например нефти и газа, над фонтанной арматурой не обнаруживаются.
Кроме того, конструкция таких традиционных систем обнаружения утечек не допускает их надлежащего и надежного позиционирования для точного обнаружения утечек. Кроме того, из-за конструктивных недостатков традиционных систем обнаружения подводных утечек эти системы не могут быть легко установлены или извлечены после установки для техобслуживания или замены. Так, например, этому мешает ограниченность пространства в желательном месте установки между фонтанной арматурой и крышей фонтанной арматуры.
Соответственно, имеется потребность в подводных системах обнаружения утечки, приспособленных благодаря простой конструкции к надлежащему и надежному позиционированию/установке для точного обнаружения утечек углеводородов.
Настоящее изобретение удовлетворяет вышеуказанную давно ощущаемую потребность и другие потребности, связанные с этой, как будет ясно специалисту из нижеследующего описания.
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Главная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения подводных утечек, приспособленную, благодаря своей простой и уникальной конструкции, к точной и надежной установке в подходящем подводном месте расположения для точного обнаружения утечек углеводородов и других материалов.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить простую по конструкции систему обнаружения подводных утечек, содержащую взаимно сбалансированные компоненты, легко устанавливаемую и очень экономичную, но не в ущерб точности.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения утечек, менее зависящую (если вообще зависящую) от отклонений расстояния между подводной конструкцией и защитной конструкцией.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения утечек, которая не будет передавать на подводную конструкцию силы удара по защитной конструкции от падающих объектов или от воздействия других чрезмерных сил.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения подводных утечек, легкодоступную, например, с помощью телеуправляемого подводного аппарата (ТПА), для установки и извлечения после завершения работы или для техобслуживания/замены.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения подводных утечек, приспособленную для отправки в случае обнаружения утечки сигнала бригаде контроля утечек для начала ремонтных операций.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему обнаружения подводных утечек, приспособленную не реагировать на естественное высачивание из морского дна.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ надлежащей установки системы обнаружения подводных утечек, обладающей всеми преимуществами, указанными в настоящем документе выше, в разделе «Задачи изобретения», для точного обнаружения утечек углеводородов и других материалов в процессе подводной эксплуатации.
Решения вышеуказанных задач и некоторые другие предпочтительные особенности, еще не раскрытые в уровне техники, будут ясны из нижеследующего неограничивающего описания.
Во всем описании, включая формулу изобретения, слова: «подводный», «соединитель», «подводный узел», «фонтанная арматура», «плавучее устройство», «люки», «якорь», «углеводород (включая нефть и газ)», «подводный материал», «система обнаружения утечек», «операция добычи», «подводная операция», «буй» - должны интерпретироваться в самом широком смысле соответствующих терминов и включают все подобные позиции отраслевой номенклатуры, известные под другими названиями, что может быть понятно специалистам в данной области техники. Ссылки на ограничения/сужения, если таковые встретятся в настоящем описании, даются только в качестве примера для понимания настоящего изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается система обнаружения подводных утечек для морского эксплуатационного объекта, содержащая, по меньшей мере, детектор утечки, функционально подсоединенный к контроллеру, расположенному на подводном узле. Согласно настоящему изобретению система снабжается плавучим элементом, на котором соответствующим образом закреплен детектор утечки. Этот плавучий элемент приспособлен для установки и устойчивого позиционирования над указанным узлом.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления первого аспекта настоящего изобретения указанный узел представляет собой фонтанную арматуру, над крышкой которой расположен люк опорной плиты для сбора утечек углеводородов, а контроллер представляет собой подводный блок управления на фонтанной арматуре, соединенный соединителями, например, кабелями с указанным детектором.
Предпочтительнее детектор представляет собой детектор типа емкостного датчика.
В другом предпочтительном варианте осуществления первого аспекта настоящего изобретения плавучий элемент представляет собой буй, прикрепленный проволоками к замку на указанной крыше фонтанной арматуры так, что детектор расположен над указанной крышей фонтанной арматуры и под указанным люком опорной плиты.
Предпочтительно замок надежно расположен в гнезде направляющей стойки на указанной крыше фонтанной арматуры.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ установки системы обнаружения подводных утечек для морского эксплуатационного объекта, содержащей по меньшей мере один детектор утечки, функционально подсоединенный к контроллеру, расположенному на подводном узле, причем указанная система снабжается плавучим элементом, на котором соответствующим образом закреплен указанный детектор утечки. В способе согласно настоящему изобретению плавучий элемент, удерживающий детектор, устанавливают и устойчиво позиционируют под указанным узлом с помощью соответствующих средств.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Выше раскрыты основные особенности настоящего изобретения, далее подробнее раскрывается предпочтительный вариант осуществления, не имеющий ограничительного характера, со ссылкой на чертежи, на которых представлены:
на ФИГ. 1 представлен вид в аксонометрии предпочтительного варианта осуществления системы обнаружения утечек согласно настоящему изобретению;
на ФИГ. 2 показана с увеличением система обнаружения утечек, представленная на ФИГ. 1;
на ФИГ. 3 система обнаружения утечек, представленная на ФИГ. 1 и 2, показана в установленном положении;
на ФИГ. 4(a) и 4(b) показаны два последовательных этапа установки системы обнаружения утечек, представленной на ФИГ. 1, 2 и 3;
на ФИГ. 5 показан шаг установки, непосредственно следующий за шагом, показанным на ФИГ. 4(b), когда система обнаружения утечек согласно настоящему изобретению уже почти установлена в требуемое положение.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже дается подробное неограничивающее описание предпочтительного варианта осуществления системы обнаружения утечек согласно настоящему изобретению, приводимое только для примера и не ограничивающее изобретение.
В контексте сказанного выше следует пояснить, что изложенное в настоящем документе выше и ниже - в описании как настоящего изобретения, так и уровня техники, - объясняется в связи с углеводородами и узлами фонтанной арматуры. Следует понимать, что все эти ограничения служат цели объяснения. Настоящее изобретение относится ко всем типам процессов обнаружения подводных утечек, к примеру, углеводородов, гидравлических жидкостей/химикатов и т.д. - или любых текучих веществ, удельный вес которых меньше, чем у морской воды. Кроме того, настоящее изобретение применимо для всех типов устройств, установок, оборудования и подводных узлов, например узлов фонтанной арматуры, эксплуатационных манифольдов и т.д., известных специалистам в области морской добычи углеводородов. Ссылки на операции подводной добычи углеводородов даются исключительно для примера и не являются ограничивающими.
Как указано выше, в настоящем изобретении предлагается простая система обнаружения подводных утечек, которая, в отличие от известных до сих пор систем обнаружения утечек, может быть точно и надежно позиционирована под водой для оптимального обнаружения утечек углеводородов в процессе подводной эксплуатации.
На ФИГ. 1 представлен вид в аксонометрии системы обнаружения утечек. Она включает плавучий элемент или буй, 1, соединенный с замком 8 проволоками 7. На ФИГ. 2 с большим увеличением показана система, представленная на ФИГ. 1, причем идентичные ФИГ. 1 элементы обозначены теми же номерами позиций. Показан емкостный детектор 5 утечки с перемычкой, расположенной на прокладочном кольце 3 буя 1. К детектору 5 утечки подсоединен кабель 6, соединяющий детектор 5 с разъемом 15 (показан на ФИГ. 3). Буй снабжен также ударопоглощающими подкладками 4, расположенными на его верхней части и предпочтительно изготовленными из резины. Под кольцом 3 буй содержит также плавающий элемент 2. Плавающий элемент 2 обеспечивает бую направленную вверх выталкивающую силу плавучести.
В замке 8 имеется нижний блокирующий разъем 8'' и слот 8'. Функции этих, а также прочих частей объясняются со ссылкой на следующие далее чертежи, на которых идентичные конструктивные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.
Общеизвестно, что опорные плиты включают защитные конструкции для подводных узлов, например узлов фонтанной арматуры и манифольдов, и люки опорных плит спроектированы так, чтобы защищать находящееся ниже оборудование. Люки опорных плит могут также использоваться для сбора небольших объемов нефти и газа из утечек. Кроме того, такие люки опорных плит особенно полезны для задержки утечек, ушедших вверх необнаруженными, таким образом, что такие утечки могут быть повторно обнаружены.
На ФИГ. 3 показано положение оптимальной установки системы обнаружения утечек. Она иллюстрирует выгоды системы обнаружения утечек согласно настоящему изобретению. При внимательном рассмотрении ФИГ. 3 видно, что буй 1 расположен под люком 10 опорной плиты фонтанной арматуры и над крышей 11 фонтанной арматуры. Это расположение выгодно, так как утечки нефти и газа над крышей 11 фонтанной арматуры будут обнаружены детектором 5, установленным на плавучем буе 1. Разумеется, детектор 5 обнаруживает все утечки, идущие снизу, за исключением естественных высачиваний из морского дна.
Буй 1 предпочтительно направляется с помощью ТПА, так что детектор 5 размещен точно под люком 10 опорной плиты фонтанной арматуры, но над верхом крыши 11 фонтанной арматуры. Это будет подробнее объяснено ниже со ссылкой на ФИГ. 4а, 4b и 5.
Расположение детектора 5 под потолком люка 10 обеспечивает обнаружение утечек из любого оборудования, расположенного ниже люка 10. Кроме того, детектор 5 расположен примерно на 5 см ниже потолка люка 10. Объемы естественных утечек из морского дна малы, поэтому если они и имеют возможность накапливаться, то для заполнения этого промежутка потребуется некоторое время. Так что продукты естественных утечек имеют достаточно времени, чтобы пройти сквозь малые отверстия 10' (лучше всего видны на ФИГ. 4(a)) в люке 10, не накапливаясь в количестве, достаточном для достижения уровня конденсатора 6.
Таким образом, в значительной мере предотвращается отправка бригаде контроля утечек ложного сигнала, обусловленного естественной утечкой. Это также облегчается тем, что незначительные высачивания из морского дна не вызывают значительного изменения диэлектрической постоянной окружающей морской воды 13. Детектор 5 выставляется на определенное пороговое значение, выбранное так, чтобы не реагировать на такие незначительные изменения диэлектрической постоянной окружающей среды. Соответственно, такие естественные высачивания проходят необнаруженными сквозь отверстия 10' (лучше всего видны на ФИГ. 4а).
Далее будут объяснены различные устройства системы обнаружения утечек. Из ФИГ. 3 видно, что проволоки 7 крепят буй 1 к замку 8. Замок закреплен как якорь на верхней части крыши 11 фонтанной арматуры. Для этого нижний разъем 8'' замка 8 выполнен соответствующим расположенному на крыше 11 фонтанной арматуры гнезду 16 направляющей стойки. Таким образом, замок 8, надежно закрепленный на крыше 11, служит якорем буя 1.
Буй 1 имеет коническую верхнюю часть 17, выполненную соответствующей воронкообразному отверстию 10' в люке 10.
Люк 10 опорной плиты, как было объяснено выше в настоящем документе, облегчает сбор утечек нефти и газа и особенно полезен для задержки утечек, вышедших необнаруженными, которые, таким образом, могут быть повторно обнаружены.
Буй удерживается в установленном положении под люком 10 опорной плиты благодаря направленной вверх силе плавучести и соответствию конической части 17 отверстию 10'. Вес замка 8 больше подъемной силы буя 1, и замок заблокирован на гнезде 16 направляющей стойки, что предотвращает ненамеренный снос прибора обнаружения утечки.
Детектор 5 соединен кабелем 6 и разъемом 15 с подводным блоком 9 управления (далее обозначаемым ПБУ) на фонтанной арматуре. Слот 8' замка 8 является надежным местом размещения для свободного конца соединителя 15, когда последний не используется, например, при извлечении всего устройства.
В раскрываемом выше и ниже в настоящем документе предпочтительном варианте осуществления детектор 5 представляет собой фазовую емкостную детекторную головку для обнаружения утечки. Но это для настоящего изобретения не является обязательным, и, как известно специалистам, могут быть использованы также и другие типы датчиков.
Таким образом, детектор 5 использует емкостную чувствительность для определения изменения диэлектрической постоянной окружающей среды. Соответственно, для обнаружения утечки датчик должен оставаться в физическом контакте со средой. Но это для настоящего изобретения не является обязательным, как было объяснено выше, в предшествующем абзаце, и дальнейших разработок, как известно специалистам, не проводилось. По сходным причинам не проводилось разработок функций ПБУ 9. Очевидно, что детектор 5 утечки соединен с ПБУ 9, который посылает сигналы на поверхность, чтобы в случае обнаружения утечки бригада устранения контроля могла начать ремонтные работы.
Благодаря разумной конструкции система обнаружения утечек включает плавучий элемент 1, стоящий на якоре посредством замка 8 на верхней части крыши 11 фонтанной арматуры, так что детектор 5 расположен под люком 10 опорной плиты, но над верхом крыши 11 фонтанной арматуры, в чем и состоит суть изобретения. Эта уникальная, но простая конструкция решает задачу надежного размещения детектора 5 под люком 10 опорной плиты, но над верхом крыши 11 фонтанной арматуры. Детектор 5 утечки приспособлен для установки примерно на 5 см ниже уровня люка 10 опорной плиты.
Как осуществляется установка, будет теперь объяснено со ссылкой на ФИГ. 4а, 4b и 5.
Как показано на ФИГ. 4а, рычаг 12' телеуправляемого подводного аппарата 12 (ТПА) направляет буй 1 под люк 10 опорной плиты фонтанной арматуры так, что детектор 5 расположен точно под люком 10 опорной плиты фонтанной арматуры, но над верхней частью крыши 11 фонтанной арматуры. Один рычаг 12'' ТПА 12 жестко прикреплен к неподвижному поручню 11' на корпусе фонтанной арматуры 14. Все устройство сконструировано так, что может быть целиком установлено, скажем, ровно на 5 см ниже люка 10 опорной плиты и, в силу плавучести блока и уникальной сбалансированности его компонентов, сохранять свое положение.
Установка показана на этапе, когда люк 10 закрыт. На чертеже видны также отверстия 10' в потолке люка, сквозь которые могут уходить продукты высачивания из морского дна, не будучи обнаруженными детектором 5. Как ясно показано на ФИГ. 4а, в ходе подводной работы ТПА (используемого для транспортировки и позиционирования) буй 1 прикреплен проволоками 7 к замку 8.
Эти проволоки 7 предотвращают ненамеренный снос, если люк 10 опорной плиты открывается без предварительного извлечения буя 1 и связанных с ним элементов, а именно детектора 5, кабеля 6, проволок 7 и замка 8. В ходе транспортировки свободный конец разъема 15 надежно включен в слот 8' (лучше всего виден на ФИГ. 1 и 2) замка 8.
На ФИГ. 4b показан следующий этап, когда система обнаружения утечек проведена затем к требуемому положению в отверстии 10' под люком 10. На ФИГ. 5 показан следующий этап, когда буй 1 установлен в требуемое положение. Подкладки 4 упираются в потолок люка 10. Соответственно, ТПА 12 отведен назад.
Нет необходимости прикреплять буй к потолку люка, можно позволить бую плавать в пределах границ потолка.
Если люк открыт без предварительного извлечения системы обнаружения утечек, буй 1 всплывет до натяжения проволок 7. Замок 8 не даст бую подниматься дальше. В идеале, систему обнаружения утечек следует после этого извлечь и не устанавливать вновь, пока люк 10 не будет закрыт. Однако если люк 10 вновь закрыт без предварительного извлечения системы обнаружения утечек, люк отожмет буй 1 вниз, и буй останется под люком во вполне безопасном положении. Положение это скорее всего будет неправильным, но переместить буй 1 к одному из отверстий 10' - простая задача для ТПА. Это означает, что система обнаружения утечек будет в безопасности вне зависимости от передвижения люка 10.
При рассмотрении ФИГ. 3, 4а, 4b и 5 со ссылкой на вышеприведенное описание, специалисту станет ясно, что уникальная конструкция системы обнаружения утечек согласно настоящему изобретению позволяет установить детектор под потолком люка 10 и над крышей 11 фонтанной арматуры, что до сих пор было невозможно. Прочие заявленные выше преимущества, в частности сохранение позиции детектора после его установки, также являются следствием этой уникальной конструкции.
Положение детектора 5 утечки обеспечивает настолько раннее обнаружение утечек, насколько это возможно, одновременно обеспечивая отсутствие ложных сигналов обнаружения, вызванных высачиванием из морского дна. Эта конструкция способствует легкой установке и извлечению всей системы для замены или техобслуживания. Система обнаружения утечек может быть установлена или извлечена при выполнении операций, как, например, вторжение в скважину и т.п.
Из вышеприведенного описания и прилагаемой формулы изобретения специалисту станет ясно, что все задачи настоящего изобретения решены. Технология согласно настоящему изобретению может применяться как на больших, так и на малых морских глубинах и работоспособна независимо от подводных условий. Кроме того, следует понимать, что показана только одна система обнаружения утечек, расположенная над фонтанной арматурой. В идеале должно быть множество таких систем обнаружения утечек, установленных над подводными узлами в процессе подводной работы, чтобы обнаружение утечек выполнялось надежно и соответствующие сигналы отправлялись бригаде устранения утечек для проведения корректирующих операций. Этот аспект также входит в объем настоящего изобретения.
Настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на один предпочтительный вариант его осуществления и чертежи только для облегчения его понимания, и специалисту должно быть ясно, что настоящее изобретение включает все обоснованные модификации в пределах раскрытого выше в настоящем документе и заявленного в прилагаемой формуле изобретения.