Подводный модуль

Подводный модуль

Реферат

 

Подводный модуль для добычи нефти или газа в открытом море содержит по меньшей мере одно устье скважины с относящимися к нему фонтанными арматурами, приспособленный для установки на опорной плите. На опорной плите или вблизи нее установлено поворотное устройство, сообщающееся с фонтанной арматурой или фонтанными арматурами и снабженное соединительными элементами для восходящих труб и главного кабеля или кабеля управления с добывающего судна на поверхность моря. Ниже уровня, на котором находится поворотное устройство, расположены крепежные элементы для вилки. Один конец вилки может поворачиваться вокруг горизонтальной оси, а другой, наружный конец, служит для соединения по меньшей мере с одним швартовом добывающего судна. Крепежные элементы закреплены на корпусе, установленном с возможностью поворота вокруг центральной вертикальной оси, совпадающей с осью поворотного устройства. Предотвращаются нагружения фонтанной арматуры силами от швартовых добывающего судна. 8 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к подводному модулю или станции для добычи нефти или газа в открытом море, который содержит по меньшей мере два устья скважины с относящимися к ним фонтанными арматурами и манифольд на фундаметной раме (опорной плите). Такой модуль предназначен для соединения с добывающим судном на поверхности моря посредством одной или более восходящих труб, предпочтительно гибких, в виде рукавов.

При разработке месторождений с ограниченными запасами в открытом море важно, чтобы издержки были низкими. Существенным фактором, определяющим издержки, для известных форм разработки являются подводные трубопроводы и кабели между фонтанными арматурами на скважинах и местом приема продукта, например платформой или добывающим плавучим средством. Обычно при расстояниях около 2 км могут возникнуть определенные проблемы. В связи с этим следует отметить, что современные технологии бурения позволяют вести добычу с уменьшенным количеством фонтанных арматур, так как скважины могут иметь несколько ответвлений. В ряде случаев можно вести разработку подводных месторождений с использованием небольшого количества устьев скважины и фонтанных арматур, смонтированных на общем подводном модуле или станции на морском дне.

Известен подводный модуль для добычи нефти или газа в открытом море, содержащий по меньшей мере одно устье скважины с относящимися к нему фонтанными арматурами, приспособленный для установки на опорной плите и имеющий несколько мест или позиций для размещения фонтанных арматур (WO 90/03492, кл. Е 21 В 43/013, 05.04.90). Недостаток этого подводного модуля состоит в том, что при швартовке к нему добывающего судна силы от швартовых судна передаются на фонтанную арматуру, создавая в ней дополнительные напряжения.

Задачей изобретения является предотвращение нагружения фонтанной арматуры силами от швартовых добывающего судна.

Поставленная задача решается тем, что в подводном модуле для добычи нефти или газа в открытом море, содержащем по меньшей мере одно устье скважины с относящимися к нему фонтанными арматурами, приспособленном для установки на опорной плите и имеющем несколько мест или позиций для размещения фонтанных арматур, согласно изобретению на опорной плите на месте одной из фонтанных арматур установлено поворотное устройство, сообщающееся с фонтанной арматурой или фонтанными арматурами и снабженное направленными предпочтительно вбок соединительными элементами для восходящих труб и главного или управляющего кабеля, идущими с добывающего судна на поверхности моря, а ниже уровня, на котором находится поворотное устройство, расположены крепежные элементы для вилки, один конец которой может поворачиваться вокруг горизонтальной оси, а другой, наружный конец, служит для соединения по меньшей мере с одним швартовом добывающего судна, причем крепежные элементы закреплены на корпусе, установленном с возможностью поворота вокруг центральной вертикальной оси, совпадающей с осью поворотного устройства.

Настоящее изобретение можно считать дальнейшим развитием системы для добычи углеводородов в открытом море с использованием стоящего на мертвом якоре добывающего плавучего средства или судна, описанной в PCT/NО 96/00201, 07.08.96. Настоящее изобретение предполагает, что добывающее судно может находиться прямо над подводным модулем на морском дне или в непосредственной близости от него и что текучую среду из скважины передают непосредственно с модуля на судно без использования трубопроводов или кабелей, расположенных на морском дне. Поэтому изобретение предусматривает не только установку добывающего судна на мертвый якорь, как в указанной международной заявке, но также использование динамического позиционирования судна, которое само по себе известно.

Предложенное принципиальное решение, которое на практике может быть реализовано в различных формах, позволяет получить ряд преимуществ, из которых можно отметить следующие: - меньшие затраты благодаря отсутствию трубопроводов и кабелей на морском дне; - может быть использовано добывающее судно обычной конструкции, без какой-либо существенной модификации, и поэтому сравнительно недорогое; - одно и то же добывающее судно можно использовать для установки и, возможно, для снятия поворотного устройства, а также для технического обслуживания скважины, что уменьшает эксплуатационные затраты; - благодаря использованию нового устройства разработка подводных месторождений с ограниченными запасами может стать выгодной, таким образом для месторождений можно повысить степень извлечения продукта; - используемое оборудование можно применять повторно, перемещая его от одного месторождения к другому.

В последующем описании изобретение объясняется более подробно со ссылками на чертежи, где: на фиг. 1 упрощенно показана вся система в целом, где добывающее судно соединено с подводным модулем на морском дне, на фиг.2 показан пример выполнения подводного модуля согласно изобретению, вид сверху, на фиг.3 показан подводный модуль согласно фиг.2, вид сбоку в увеличенном масштабе, на фиг. 4 показан первый альтернативный вариант модуля, показанного на фиг.2, на фиг.5 показан другой альтернативный вариант подводного модуля согласно изобретению, на фиг.6 более подробно с частичным разрезом показан пример подходящего выполнения поворотного устройства для подводных модулей согласно изобретению и на фиг.7 показано поворотное устройство согласно фиг.6, вид сбоку.

На фиг. 1 показано добывающее плавучее средство или судно 3, взаимодействующее с добывающим или подводным модулем 100 на морском дне 1. От модуля 100 к судну на поверхности 2 моря идут восходящие трубы или рукава 44. На судне 3 схематично показан технологический модуль 3А. Показан также якорный трос 45 между модулем 100 и средством постановки на якорь, расположенным в носовой части судна 1. Промежуточная часть якорного троса 45 снабжена плавучим элементом. Восходящая труба или трубы 44 также имеют плавучие тела в нижней части для их подъема над морским дном 1. Вся система описана более подробно в PCT/NО 96/00201 от 07.08.96.

На фиг.2 и 3 показана опорная плита 5, которая посредством известных фундаментных конструкций 13 установлена на морском дне 1. В данном примере опорная плита имеет квадратное основание, но очевидно, что форма основания может быть иной. В центральной части опорной плиты 5 находится манифольд 6, а с трех сторон опорной плиты расположены фонтанные арматуры 7, 8 и 9. Все они механически соединены с опорной плитой или, возможно, они поддерживаются опорной плитой через балки 7В, 8В, 9В. Кроме того, на фиг.3 схематично показано соединение 7С между фонтанной арматурой 7 и манифольдом 6 для прохождения между ними текучей среды. Очевидно, что это соединение может содержать несколько отдельных каналов для текучей среды или трубопроводов.

С одной (левой) стороны от опорной плиты 5 расположено поворотное устройство 10, установленное на опорной раме 10А, которая, в свою очередь, механически соединена с опорной плитой 5 посредством балок 10В или аналогичных элементов. Эта опорная конструкция в принципе может соответствовать опорной раме 7А для фонтанной арматуры 7 и балкам 7В. Опорные рамы 7А для фонтанных арматур и/или опорная рама 10А для поворотного устройства 10 могут не крепиться к опорной плите 5, а иметь фундамент непосредственно на морском дне 1, созданный известными способами, например путем забивки свай.

Между поворотным устройством 10 и манифольдом 6 имеется соединение 10С, которое, как и соединение 7С, может содержать несколько каналов для текучей среды и каналы для электрического и/или гидравлического управления. Различные каналы для текучей среды и каналы для управления, которые образуют соединение 10С, в основном проходят через поворотное устройство 10 к восходящим трубам 44 и главному кабелю 43 и протянуты вверх к добывающему судну на поверхности, как в общем виде показано на фиг.1.

На фиг.3 показана также вилка 46, к которой прикреплен швартов или швартовы 45 судна. Детали конструкции вилки и поворотного устройства будут рассмотрены ниже более подробно со ссылками на фиг.6 и 7.

В альтернативных вариантах подводного модуля на фиг.4 и 5 опорные плиты 15 и 25 соответственно больше, чем в варианте согласно фиг.2. В обоих альтернативных вариантах манифольд 16 и 26 соответственно расположен в центральной части опорной плиты и имеются четыре места или позиции для фонтанных арматур, а именно 22, 27, 28 и 29 на фиг.5 и 17-19 на фиг.4, при этом на фиг. 4 на одном из мест, предназначенных для фонтанных арматур, установлено поворотное устройство 20. Таким образом, показанные на фиг.4 узлы 16, 17-19 и 20 предназначены для индивидуального размещения и каждый из них непосредственно устанавливается на опорной плите или фундаментной раме 15.

Соответственно на фиг. 5 манифольд 26 и четыре фонтанные арматуры 22, 27-29 по отдельности непосредственно поддерживаются опорной плитой 25. Однако в этом варианте поворотное устройство 30 смонтировано на манифольде и выступает от него вверх. При определенных условиях такой манифольд может быть излишним и в таком случае поворотное устройство 30 размещается в центральной части опорной плиты 26, которая является его непосредственной опорой.

На фиг.6 и 7, изображающих поворотное устройство 10 более подробно, имеются некоторые элементы, показанные на фиг.3, но собственно фундамент на фиг.6 и 7 выполнен другим, а именно, опорная рама 70, в значительной степени соответствующая опорной раме 10А на фиг.3, находится непосредственно на морском дне 1, причем фундаментом служит всасывающийся якорь 80 или аналогичное якорное устройство. Тем не менее, фундамент, показанный на фиг.6 и 7, не исключает того, что поворотное устройство 10 может быть установлено на опорной плите 5, как показано на фиг.3. При наличии фундамента, показанного на фиг. 6 и 7, предполагается, среди прочего, что силы, возникающие при швартовке, и другие нагрузки, которые воздействуют на поворотное устройство, не передаются опорной плите, с которой оно связано.

Поворотное устройство 10 имеет неподвижную сердцевину 35 со сквозными осевыми каналами, которые внизу сообщаются с соединениями для прохождения текучей среды, соответствующими соединению 10С на фиг.3. Вокруг сердцевины 35 расположены два или более кольцевых канала для текучей среды со своими уплотнениями и подшипниками, обозначенные в целом позицией 37. Данные элементы поворотного устройства для прохождения текучей среды сами по себе известны, например, из патента Норвегии N 177780, в котором описано разъемное по оси поворотное устройство, первоначально предназначенное для других целей.

Наружный корпус 34 поворотного устройства, который может поворачиться при движении зашвартованного судна вокруг подводного модуля, в нижней части прикреплен болтами к поворотному корпусу или втулке 60, опирающейся пятой 67 на основание или фундаментную раму 69. Основание может состоять из множества плоских вертикальных плит, нижняя часть которых прикреплена к опорной раме 70.

Как видно из фиг.7, поворотное устройство 10 снабжено соединительным элементом 44А для каждой из восходящих труб 44, которые предпочтительно имеют вид гибких рукавов (см. общую систему на фиг.1). Соединительные элементы 44А для прохождения текучей среды расположены в центральной части поворотного устройства 10 и направлены вбок, а верхний соединительный элемент 43А для центрального кабеля 43 расположен в верхней части поворотного устройства 10. Часть 38 поворотного устройства, расположенная на уровне соединительного элемента 43А, служит для обеспечения необходимой электрической и гидравлической связи между главным кабелем 43 и средствами управления или исполнительными механизмами в целях управления и т.п. Специальный кожух 39 в верхней части корпуса поворотного устройства 10 служит, по существу, для закрывания части 38 поворотного устройства.

Для осуществления соединений, соответствующих соединению 10С на фиг.3, служат показанные на фиг.6 и 7 соединители 91, 92, 93 и соединитель 94 для электрической/гидравлической связи, который через поворотное устройство 10 связан с главным кабелем 43. В каждом из трех соединений, предназначенных для прохождения текучей среды, может быть установлен запорный клапан 91А, 92А и 93А и другие приспособления для аварийного отключения. От соединителя 93, снабженного запорным клапаном 93А, в нижней части поворотного устройства 10 отходит трубное соединение 93, показанное на фиг.6. Другие соединители 91, 92 и 94 также имеют соответствующие соединения.

В несущей конструкции, включающей опорную раму 70 и фундаментную раму 69, имеются болтовые соединения 77. Кроме того, показаны направляющие штифты 71 и 72, используемые при установке или удалении узлов, находящихся над опорной рамой 70, с помощью известных технологий и способов подводного монтажа.

Прочный каруселеобразный корпус 60 вместе с корпусом поворотного устройства 34 и находящимися в нем внутренними элементами может поворачиваться вокруг центральной оси 10Х, показанной на фиг.7. Расположенные противоположно друг другу крепежные элементы 61 в виде выступающих из корпуса 60 стержней служат для крепления с возможностью поворота нижних концов лапок вилки 46, верхние концы 64 которой могут быть присоединены к одному или более швартову, как показано на фиг.3. Лапки вилки 46 соединены верхними концами 64 через поперечину. Вилка 46 может принимать различные угловые положения, поворачиваясь вокруг горизонтальной оси, проходящей между крепежными элементами 61, причем диапазон угловых положений вилки при ее повороте лежит между верхним, практически вертикальным положением и нижним положением, практически ограниченным главным кабелем 43 и/или восходящими трубами 44.

Целесообразно расположить главный кабель 43 и восходящие трубы 44 таким образом, чтобы они шли вбок от поворотного устройства 10 посередине между лапками вилки 46, в связи с этим предпочтительно, чтобы восходящие трубы 44 и, возможно, главный кабель 43 отходили от поворотного устройства 10 в более горизонтальном угловом положении, чем угловое положение вилки 46, при всех условиях эксплуатации и при изменении положения судна и сил, возникающих при швартовке. При показанном на фиг.7 относительном по высоте положении крепежных элементов 61 для вилки 46, с одной стороны, и соединительных элементов 44А для восходящих труб и соединительного элемента 43А для главного кабеля, с другой стороны, силы, возникающие при взаимодействии с зашвартованным добывающим судном, воспринимаются благоприятным для устройства образом. При практической реализации поворотное устройство и связанные с ним тросы, кабели и трубы или рукава следует расположить относительно остальных узлов на опорной плите так, чтобы они не мешали друг другу.

Формула изобретения

1. Подводный модуль для добычи нефти или газа в открытом море, содержащий по меньшей мере одно устье скважины с относящимися к нему фонтанными арматурами (17-19, 22, 27-29), приспособленный для установки на опорной плите (15, 25) и имеющий несколько мест или позиций для размещения фонтанных арматур, отличающийся тем, что на опорной плите (15, 25) на месте одной из фонтанных арматур установлено поворотное устройство (10, 20, 30), сообщающееся с фонтанной арматурой или фонтанными арматурами и снабженное направленными предпочтительно вбок соединительными элементами (44А, 43А) для восходящих труб и главного или управляющего кабеля (43), идущих с добывающего судна (3) на поверхности (2) моря, а ниже уровня, на котором находится поворотное устройство (10), расположены крепежные элементы (61) для вилки (46), один конец которой может поворачиваться вокруг горизонтальной оси, а другой наружный конец (64) служит для соединения по меньшей мере с одним швартовом (45) добывающего судна, причем крепежные элементы (61) закреплены на корпусе (60), установленном с возможностью поворота вокруг центральной вертикальной оси (10Х), совпадающей с осью поворотного устройства.

2. Подводный модуль по п.1, отличающийся тем, что в центральной части опорной плиты (25) расположен манифольд (26), который является опорой для поворотного устройства (30).

3. Подводный модуль по п.1, отличающийся тем, что поворотное устройство (30) расположено в центральной части опорной плиты (25).

4. Подводный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корпус (60) установлен с возможностью поворота на основании (49), расположенном на опорной раме (10А), для восприятия сил, возникающих при швартовке, непосредственно от крепежных элементов (61) без какого-либо заметного нагружения собственно поворотного устройства.

5. Подводный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корпус (60) установлен с возможностью поворота на основании (69), расположенном на опорной раме (70), имеющей на морском дне (1) независимый фундамент, образованный якорным устройством (80), например всасывающимся якорем, для передачи сил, возникающих при швартовке, непосредственно от крепежных элементов (61) на якорное устройство (80) без какого-либо заметного нагружения поворотного устройства (10) и опорной плиты (5).

6. Подводный модуль по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что поворотное устройство (10) и корпус (60) механически связаны друг с другом для их совместного поворота.

7. Подводный модуль по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нижняя часть восходящей трубы соединена с поворотным устройством (10) в центральной части и отходит от него предпочтительно посередине между лапками вилки (46).

8. Подводный модуль по п.7, отличающийся тем, что восходящие трубы (44), по существу, при всех условиях швартовки отходят от поворотного устройства (10) в более горизонтальном угловом положении, чем угловое положение лапок вилки (46).

9. Подводный модуль по п.7 или 8, отличающийся тем, что соединительный элемент (43А) для главного кабеля (43) расположен в верхней части поворотного устройства (10), причем поворотное устройство имеет часть (38), расположенную на том же уровне, для кабельных и трубных соединений, таких как устройство с контактными кольцами для электрической или гидравлической связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7