ОКОНЕЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к оборудованию подводно-добычного комплекса углеводородов (ПДК). Оконечное устройство предназначено для соединения подводных трубопроводов (магистрального, промыслового, внутрипромыслового или межпромыслового) между собой и с оборудованием ПДК (фонтанной арматурой, манифольдами, камерами запуска-приема средств очистки и диагностики (СОД), трубопроводами) при помощи телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА).
Наиболее близким аналогом заявляемого решения является подводная трубопроводная станция, описанная в заявке США № 2018031146, содержащая трубопроводы (основной трубопровод и трубопровод ответвления), а также платформу, выполненную с возможностью обеспечения опоры трубопроводам посредством опорных элементов.
В известном устройстве основной трубопровод и трубопровод ответвления удерживаются на платформе посредством выполненных в ней опорных элементов. Таким элементом является, например, отверстие в торцевой поверхности платформы, являющееся поддерживающим элементом одного из концов трубопровода. Таким образом, трубопроводы расположены вблизи от поверхности морского дна.
Вместе с тем, близость расположения подлежащих стыковке посредством ТНПА трубопроводов оконечного устройства к подводному грунту (морскому дну), существенно затрудняет стыковку, поскольку работа ТНПА приводит к подъему донных отложений (ила) с морского дна, ухудшая видимость оператору ТНПА через объектив видеокамеры, расположенной на ТНПА, до уровня, не позволяющего производить работы, в связи с чем приходится приостанавливать работы, ждать осаждение ила до улучшения видимости.
В основу полезной модели поставлена задача разработать оконечное устройство подводного трубопровода, конструкция которого обеспечит достижение технического результата, заключающегося в снижении механических напряжений, создаваемых в трубопроводах оконечного устройства весом запорно-регулирующих элементов, трубопроводами и оборудованием ПДК, подключенным к ним.
Поставленная задача решается тем, что разработано оконечное устройство подводного трубопровода, которое содержит основной трубопровод и трубопровод ответвления, присоединенный к основному трубопроводу, платформу, выполненную с возможностью обеспечения опоры трубопроводам посредством опорных элементов, при этом основной трубопровод содержит расположенные друг за другом соединенные между собой участки; трубопровод ответвления присоединен к основному трубопроводу в области соединения участков основного трубопровода; при этом один из участков основного трубопровода и трубопровод ответвления содержат фланец и запорно-регулирующий элемент, установлены на опорные элементы, смонтированные на платформе, и возвышаются над платформой на высоту опорного элемента; при этом опорные элементы выполнены в виде установленной на платформе стойки с двумя фланцами, один из которых соединен с втулкой-ложементом, а стойка опорного элемента трубопровода ответвления смонтирована на платформе через постамент.
Такое выполнение оконечного устройства, содержащего опорные элементы, выполненные в виде установленных на платформе стоек с двумя фланцами, соединенных с втулкой-ложементом, обеспечивает устойчивость и фиксацию положения трубопроводов на платформе на нужной высоте и исключает отклонение концов трубопроводов в процессе подсоединения к ним трубопроводов или оборудования ПДК, что увеличивает скорость стыковки и тем самым повышает эффективность процесса соединения. Кроме того, стойки опорных элементов увеличивают высоту расположения трубопроводов оконечного устройства над поверхностью морского дна, что снижает влияние работы ТНПА на подъем донного ила и образование иловой взвеси в зоне работы ТНПА, что снижает ухудшение видимости оператору ТНПА через объектив видеокамеры, расположенной на ТНПА, тем самым исключая возникновение вынужденных простоев ТНПА, что также увеличивает скорость процесса стыковки, тем самым повышая эффективность осуществления указанных соединений. Фланцы опорных элементов способствуют распределению механических напряжений, возникающих на участке трубопровода между его фланцем и запорно-регулирующим элементом и на концах трубопровода, создаваемых в трубопроводах запорно-регулирующими элементами, трубопроводами и оборудованием ПДК, подключенными к свободным концам оконечного устройства, тем самым препятствуют изгибу основного трубопровода и трубопровода ответвления, исключая тем самым применение трубопроводов с большей толщиной стенки. Следовательно, исключается увеличение металлоемкости и массы оконечного устройства, что также способствует исключению заглубления трубопроводов оконечного устройства в подводный грунт.
Предпочтительно стойка опорного элемента трубопровода ответвления смонтирована на платформе через постамент. Такое выполнение стойки опорного элемента трубопровода ответвления также увеличивают высоту расположения трубопровода ответвления над поверхностью морского дна, что снижает влияние работы ТНПА на подъем донного ила, а, соответственно, уменьшает образование иловой взвеси в зоне работы ТНПА, которая ухудшает видимость оператору через объектив видеокамеры, расположенной на ТНПА, увеличивая, соответственно, скорость процесса стыковки и тем самым повышая эффективность процесса соединений оконечного устройства с трубопроводами и оборудованием ПДК.
Предпочтительно постамент выполнен с отверстием для фиксации в нем участка основного трубопровода, свободного от фланца и запорно-регулирующего элемента, что позволяет обеспечить его надежную устойчивую фиксацию и исключить отклонения в процессе монтажа.
Предпочтительно стойки опорных элементов выполнены с направляющими для средств подключения к подводному трубопроводу или оборудованию ПДК. Такое выполнение стоек опорных элементов трубопроводов обеспечивает быструю ориентацию соединительных элементов, необходимых для надежного соединения трубопроводов.
Описанная конструкция опорных элементов позволяет подсоединять к оконечному устройству подводные трубопроводы и оборудование ПДК не прибегая к сварочным операциям и задействованию водолазов, а применяя ТНПА, при этом отклонение соединяемых (стыкуемых) трубопроводов может составлять до 3 градусов от оси стыковки.
В предпочтительном варианте реализации заявляемой полезной модели участок основного трубопровода, свободный от фланца и запорно-регулирующего элемента, дополнительно закреплен на платформе посредством по меньшей мере одного хомута. Такое закрепление указанного участка основного трубопровода дополнительно обеспечивает его надежную устойчивую фиксацию на платформе.
Предпочтительно оконечное устройство содержит каркасные защитные конструкции, установленные над каждым из запорно-регулирующих элементов, выполненные с возможностью парковки к ним ТНПА. Наличие указанных каркасных защитных конструкций обеспечивает защиту запорно-регулирующих элементов трубопроводов от внешних механических воздействий (падающих объектов и рыбопромыслового снаряжения), а также обеспечивают парковку ТНПА для выполнения операций с запорно-регулирующими элементами.
Предпочтительно участки основного трубопровода установлены параллельно друг другу и горизонтально. Также предпочтительно участок основного трубопровода с фланцем и запорно-регулирующим элементом расположен выше участка основного трубопровода, свободного от фланца и запорно-регулирующего элемента. Таким образом обеспечивается удаленное  от  поверхности морского дна положение соединяемого под водой участка основного трубопровода.
Предпочтительно трубопровод ответвления расположен в целом горизонтально параллельно платформе. Также предпочтительно трубопровод ответвления расположен выше участка основного трубопровода, свободного от фланца и запорно-регулирующего элемента. Таким образом обеспечивается удаленное от поверхности морского дна положение соединяемого под водой трубопровода ответвления.
Специалисту будет понятно, что каждый из двух участков основного трубопровода имеет свободный конец. Расположение участков трубопровода друг за другом подразумевает соединение участков между собой таким образом, что их свободные концы направлены в разные стороны.
При этом свободный конец нижнего участка основного трубопровода предназначен для подключения подводного трубопровода, который можно обозначить как внутрипромысловый, и перестает быть свободным после приваривания к нему указанного трубопровода на судне. В свою очередь, трубопровод ответвления соединен с основным трубопроводом одним концом, а второй его конец является свободным. Свободный конец верхнего участка основного трубопровода и свободный конец трубопровода ответвления предназначены для подключения оборудования ПДК (фонтанной арматуры, манифольда, камер запуска-приема СОД).
Также очевидно, что если основной трубопровод содержит два в целом параллельных горизонтальных и соединенных между собой участка, при этом один участок расположен выше другого участка, то между указанными его участками имеется промежуточный участок, обеспечивающий указанный перепад высот между первым и вторым участками трубопровода.
В качестве уточнения следует отметить, что трубопровод ответвления в свою очередь соединяется с основным трубопроводом в области, расположенной на участке перепада высот. Также трубопровод ответвления располагается таким образом, что его свободный конец направлен в том же направлении, что и свободный конец нижнего участка основного трубопровода.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью следующих графических материалов.
Фиг. 1 – общий вид оконечного устройства подводного трубопровода.
Фиг. 2 – вид сбоку части оконечного устройства с подключенной к нему камерой запуска-приема СОД.
На фиг. 1 представлен общий вид оконечного устройства 1 подводного трубопровода, содержащего основной трубопровод 2, содержащий два расположенных друг за другом в целом параллельных горизонтальных и соединенных между собой участка 3 и 4, при этом участок 3 расположен выше участка 4, содержит запорно-регулирующий элемент в виде шарового крана 5, над которым установлена каркасная защитная конструкция 6, и фланец 7; трубопровод 8 ответвления, присоединенный посредством тройника 9 к основному трубопроводу 2 в области соединения участков 3 и 4 основного трубопровода 2, расположенный в целом горизонтально параллельно участку 4 основного трубопровода 2 и выше него и содержащий запорно-регулирующий элемент в виде шарового крана 10, над которым установлена каркасная защитная конструкция 11, и фланец 12. При этом участок 3 основного трубопровода 2 и трубопровод 8 ответвления установлены на опорные элементы 13 и 14 соответственно, смонтированные на платформе 15 и возвышаются над платформой 15 на высоту опорного элемента 13 и 14 соответственно. Для исключения повреждения рабочих элементов очистных поршней и диагностического снаряда (СОД) тройник 9, соединяющий основной трубопровод 2 и трубопровод 8 ответвления, имеет разделительную решётку (не показана), не препятствующую движению пластового флюида (например, газонефтяной смеси). Как указано выше запорно-регулирующие элементы предпочтительно представляют собой шаровые краны. Шаровый кран, расположенный на участке 3 основного трубопровода 2, предназначен для отсечения полости внутрипромыслового подводного трубопровода от подводного трубопровода, подключенного к оборудованию ПДК, или от камеры запуска-приема СОД. Шаровый кран, расположенный на трубопроводе 8 ответвления, предназначен для отсечения полости внутрипромыслового подводного трубопровода от подводного трубопровода, подключенного к оборудованию ПДК.
Предпочтительно платформа 15 выполнена из металла. Платформа 15 является несущей конструкцией, на которой установлены опорные элементы 13 и 14 трубопроводов и которая принимает нагрузки на себя при спуске, монтаже и эксплуатации оконечного устройства. Она нивелирует силы деформирующих нагрузок в месте сварного соединения основного трубопровода 2 и трубопровода 8 ответвления при воздействиях сейсмических нагрузок.
Опорный элемент 13, на котором установлен участок 3 основного трубопровода 2, выполнен в виде стойки 16 с двумя фланцами 17 и втулкой-ложементом 18 и содержит два направляющих гнезда 19, интегрированные по бокам стойки 16. Опорный элемент 14, на котором установлен трубопровод 8 ответвления, выполнен в виде стойки 20 с двумя фланцами 21 и втулкой-ложементом 22 и содержит два направляющих гнезда 23, интегрированные по бокам стойки 20. Конец участка 3 основного трубопровода и свободный конец трубопровода 8 ответвления располагают в соответствующих втулках-ложементах таким образом, что с фланцами указанных трубопроводов соединяют подводный трубопровод, подключенный к оборудованию ПДК, или камеру запуска-приема СОД. Фланцы опорных элементов осуществляют функцию соединения их элементов (втулки-ложемента и стойки) между собой для сборки в единую конструкцию, а также способствуют распределению возникающих механических напряжений на участке основного трубопровода между его фланцем и запорно-регулирующим элементом и трубопровода ответвления между его фланцем и запорно-регулирующим элементом от нагрузок, создаваемых запорно-регулирующим элементом и нагрузок на соответствующий фланец, создаваемых оборудованием ПДК, подключаемым к нему. Соединение с фонтанной арматурой, манифольдами происходит через подводный трубопровод, подключенный к указанному выше оборудованию ПДК, а камера запуска-приема СОД присоединяется без использования трубопровода. При этом стоит отметить, что как подводный трубопровод, подключенный к оборудованию ПДК, так и камера запуска-приема СОД оснащены соединительными элементами, посредством которых происходит их соединение с соответствующим фланцем участка основного трубопровода или трубопровода ответвления.
Платформа 15 снабжена постаментом 24 для опорного элемента 14, через который проходит участок 4 основного трубопровода 2, и в котором он зафиксирован. Также на платформе 15 установлен дополнительный опорный элемент 25 для участка 3 основного трубопровода 2, расположенный на участке между шаровым краном 5 и тройником 9 и содержащий хомут 26. Элемент 25 способствуют распределению возникающих механических напряжений на участке основного трубопровода между шаровым краном 5 и хомутом 28. Участок 3 основного трубопровода 2 – это горизонтальный участок между фланцами 17 опорного элемента 13 и тройником 9.
Участок 4 основного трубопровода 2 содержит патрубок 27 для подключения подводного трубопровода и закреплен на платформе 15 посредством хомута 28. Таким образом, участок 4 основного трубопровода 2 – это горизонтальный участок между тройником 9 и патрубком 27 для подключения подводного трубопровода. Также на платформе 15 установлены (например, посредством сварного соединения) четыре проушины 29 (SWL 12T), две проушины 30 (SWL 55T) и аноды 31. Проушины расположены в непосредственной близости к опорным элементам. Проушины 29 (SWL 12Т) предусмотрены в конструкции для выполнения погрузочно-разгрузочных операций и монтажа устройства. Проушины 30 (SWL 55T) также предназначены для спуска оконечного устройства 1 на морское дно вплоть до вертикального положения в момент спуска оконечного устройства 1, нивелируя изгибающую патрубок 27 нагрузку и изгибающую нагрузку на трубопровод, приваренный на судне к оконечному устройству 1, во время процесса спуска, а также самопроизвольно корректировать ориентацию оконечного устройства 1 из вертикального в горизонтальное положение, когда оно приближается к морскому дну и устанавливается на него. Как указано выше, предпочтительно устройство содержит аноды 31, установленные на платформе 15. Для обеспечения длительного срока эксплуатации оконечного устройства в морских условиях в конструкции оконечного устройства должна быть предусмотрена электрохимическая защита от коррозии всех его элементов. Аноды 31 являются элементами системы электрохимической защиты оконечного устройства и обеспечивают антикоррозионную защиту всех элементов оконечного устройства подводного трубопровода.
Предпочтительно каркасная защитная конструкция 11 содержит разъем 32 для подключения датчика температуры и давления. В платформе 15 выполнены отверстия 34, расположенные рядами. Отверстия предназначены для уменьшения ударного воздействия при прохождении платформой зоны заплеска воды и для уменьшения гидродинамических сил, воздействующих на оконечное устройство трубопровода в процессе его спуска на морское дно.
На фиг. 2 представлен вид сбоку части оконечного устройства 1 с подключенной к нему камерой 35 запуска-приема СОД посредством соединения фланца 7 участка 3 основного трубопровода 2, и соединительного элемента 36 камеры 35 запуска-приема СОД (фланец 7 участка 3 основного трубопровода 2 на фиг. не показан, так как соединен с соединительным элементом 36 и размещен внутри него). Подводный грунт (морское дно) обозначен позицией 37.
Заявляемая полезная модель реализуется следующим образом.
Участок 4 основного трубопровода 2, который проходит через постамент 24 для опорного элемента 14 и в котором он зафиксирован, содержит патрубок 27 для подключения подводного трубопровода. Патрубок 27 имеет подготовленную под сварку кромку. На первом этапе патрубок 27 приваривают к свободному концу внутрипромыслового подводного трубопровода, находящегося на судне-трубоукладчике. Таким образом, исключается выполнение сварочных работ под водой.
На втором этапе приваренное к свободному концу внутрипромыслового подводного трубопровода оконечное устройство 1 опускают на подводный грунт при помощи подъемного крана. Зацепление оконечного устройства 1 подъемным краном осуществляют за проушины 29 (SWL 12T) или за проушины 30 (SWL 55T), установленные на платформе 15.
На третьем этапе осуществляют финальное присоединение оконечного устройства 1 к оборудованию ПДК.
Ниже приведено описание варианта осуществления одновременного соединения оконечного устройства 1 с камерой 35 запуска-приема СОД и другим оборудованием ПДК (в описанном варианте оборудованием ПДК является фонтанная арматура).
Соединительный элемент 36 камеры 35 запуска-приема СОД соединяют с фланцем 7 участка 3 основного трубопровода 2. Для подключения к оконечному устройству 1 такого оборудования ПДК, как фонтанная арматура, используют подводный трубопровод, снабженный соединительными элементами. Посредством одного из соединительных элементов указанный трубопровод подключают к фонтанной арматуре, а посредством второго соединительного элемента – соединяют с фланцем 12 трубопровода 8 ответвления. Соединение производят посредством ТНПА. Вышеописанный вариант позволяет производить очистку и диагностику внутрипромыслового подводного трубопровода посредством камеры 35 запуска-приема СОД.
В процессе эксплуатации может происходить управление шаровыми кранами 5, 10. Управление осуществляет оператор ТНПА. Шаровым краном 5, расположенным на участке 3 основного трубопровода 2, отсекают полость внутрипромыслового подводного трубопровода от камеры 35 запуска-приема СОД. Шаровым краном 10, расположенным на трубопроводе 8 ответвления, отсекают полость внутрипромыслового подводного трубопровода от подводного трубопровода, подключенного к фонтанной арматуре. Парковку ТНПА для управления шаровыми кранами 5, 10 осуществляют на каркасные защитные конструкции 6, 11, установленные над каждым из шаровых кранов 5, 10.
Должно быть понятно, что заявляемое оконечное устройство, как оно определено в прилагаемой формуле полезной модели, не обязательно ограничено конкретными признаками и вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, конкретные признаки и варианты осуществления, описанные выше, раскрыты в качестве примеров, реализующих формулу, и другие эквивалентные признаки могут быть охвачены формулой настоящей полезной модели.
Таким образом, разработано оконечное устройство подводного трубопровода, конструкция которого обеспечит достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности процесса соединения подлежащих стыковке трубопроводов оконечного устройства за счет снижения временных затрат на осуществление указанных соединений оператором ТНПА путем обеспечения удаленного от поверхности морского дна положения подлежащих стыковке трубопроводов оконечного устройства, обеспечения устойчивости трубопроводов в процессе монтажа, а также исключения заглубления трубопроводов в подводный грунт.