Слабое звено для водоотделяющей системы

Слабое звено для водоотделяющей системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к разъединительному переводнику для водоотделяющей системы или, согласно терминологии нефтегазапоисковой разведки, к слабому звену. Водоотделяющая колонна может быть отсоединена благодаря наличию такого звена в случае каких-либо непредвиденных аварийных обстоятельств, таких как экстремальные погодные условия, обесточивание на судне, повреждение якорной системы или системы позиционирования и т.д.

В частности, настоящее изобретение относится к слабому звену для водоотделяющей системы, которое содержит механизм выравнивания давления для компенсации какого-либо воздействия концевой пробки на разъединительные болты слабого звена. Указанный механизм выравнивания давления предпочтительно работает в сочетании с демпфирующим механизмом для обеспечения управляемого разъединения вдоль указанного слабого звена и возможности ограничения и распределения предельных усилий, возникающих в результате отсоединения.

Данное изобретение также относится к слабому звену для водоотделяющей системы, содержащему механизм обеспечения усиленного режима, предназначенный для увеличения по мере необходимости усилия зажима, действующего между участками двух его компонентов, соединенных с возможностью разъединения.

Более конкретно, данное изобретение относится к слабому звену для водоотделяющей системы согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что во время работ по оснащению и ремонту скважин в подводной рабочей области используются слабые звенья.

Назначение слабого звена заключается в обеспечении заданного и управляемого процесса полного отделения водоотделяющей колонны, если все другие известные приемы не дали результатов, а оператор находится в наиболее неблагоприятных условиях, которые могут возникнуть вследствие экстремальных погодных условий, повреждения якорной системы или системы позиционирования, перебоев электроснабжения (при аварийном отключении питания) на судне или в силу других непредвиденных обстоятельств.

При таком наихудшем варианте развития событий необходимой является возможность отсоединения судна от устья скважины и инфраструктуры, расположенной на морском дне, без нарушения работоспособности других элементов системы для того, чтобы отсоединить судно от трубопровода, ведущего к резервуару, и избежать неуправляемого разрыва водоотделяющей колонны и последующего возможного выброса. Кроме того, необходимо обеспечить безопасность персонала, находящегося на борту судна. Указанное отсоединение без нарушения работоспособности других элементов системы достигается благодаря использованию слабого звена.

Разрыв слабого звена (т.е. отделение, обеспечиваемое слабым звеном при его нормальном режиме работы) может быть отнесен к нескольким основным режимам отказа, которые могут дополнительно зависеть от рабочего окна и фактического положения судна.

Система компенсации вертикальной качки для водоотделяющей системы обеспечивает компенсацию изменений вертикального положения судна относительно морского дна и выталкивания вверх, создаваемого судном. Система компенсации предотвращает выпучивание/отрыв водоотделяющей системы. Если данная система компенсации выходит из строя, активируется режим работы при отказе, известный как «блокирование компенсатора», что в результате приводит к приложению усилия растяжения или сжатия к водоотделяющей системе, которое обусловлено изменением вертикального положения судна под действием движения волн.

Такой разрыв вызывает выпучивание или избыточное растяжение и, если такое избыточное растяжение не ограничено слабым звеном, нефтедобывающая компания рискует нанести повреждение подводным системам, включая устье скважины, и, в конечном счете, существенно загрязнить окружающую среду в результате утечки углеводородов, а в худшем случае может произойти выброс. Таким образом, слабое звено должно разрываться в режиме, при котором судно занимает «положение завершения позиционирования» (находится в правильном местоположении), при этом его компенсатор заблокирован, в результате чего происходит передача собственных вертикальных колебаний судна (вертикального движения, вызванного волновой картиной) непосредственно водоотделяющей колонне. В идеале в таком случае слабое звено должно обеспечивать защиту.

Если система, используемая для обеспечения рабочего положения путем якорного или динамического позиционирования с применением подруливающих устройств, выходит из строя, происходит процесс, известный как снос или отрыв. Этот процесс приводит к быстрому выходу судна из зеленого (безопасного) рабочего окна и входу в желтую (ненадежную) и красную (опасную) зоны. Эти зоны определяются фактическим местоположением судна относительно условно вертикальной водоотделяющей системы.

В случае сноса слабое звено в конечном итоге должно обеспечить полное отделение, что сопровождается его необратимым разрывом и разъединением верхней и нижней секций водоотделяющей колонны. Наиболее важным аспектом является полное и немедленное отсоединение судна от подводной инфраструктуры без нарушения работоспособности других элементов системы, и, соответственно, предотвращение нанесения какого-либо повреждения оборудованию устья скважины, и/или судну и персоналу.

Обычные слабые звенья как правило выполнены с использованием двух фланцевых секций водоотделяющей колонны, скрепленных вместе у фланцев посредством стяжных болтов, при этом указанные болты рассчитаны на разрушение при определенной нагрузке.

Сама водоотделяющая колонна может находиться в состоянии разгерметизации (при атмосферном давлении) в процессе эксплуатации или может быть заполнена нефтью и/или газом под давлением. Вследствие воздействия концевой пробки водоотделяющей системы давление в водооотделяющей колонне будет создавать растягивающее усилие в водоотделяющей колонне, равное величине давления, умноженной на площадь поперечного сечения среды, находящейся под давлением. Указанное растягивающее усилие оказывает воздействие у каждого поперечного сечения водоотделяющей колонны и, соответственно, у стяжных болтов. В результате изменений давления (от значения атмосферного давления в начале установки) и до значения давления свободного проходного сечения скважины стяжные болты будут подвергаться воздействию изменяющихся предварительных растяжений в водоотделяющей колонне.

В результате вышеизложенного процесса происходит разрыв слабого звена при различных механических растягивающих усилиях (Растягивающее усилие при разрыве = Растягивающее усилие болтов - Растягивающее усилие концевой пробки). При постоянном растягивающем усилии, достаточном для разрушения болтов, и изменении давления действия оператора будут зависеть от слабого звена под воздействием изменяющихся и нерегулируемых пределов растяжения. На практике это приводит к нарушению и сбою безопасного режима работы.

Таким образом, растягивающее усилие (концевой пробки), обусловленное изменениями давления в стволе скважины, должно быть уравновешено; должно быть получено так называемое «выравнивание давления», обеспечивающее нормальное прохождение процесса разъединения/раскрытия слабого звена.

В заявке на патент США №2011/0127041 А1 предложен вариант получения такого выравнивания давления благодаря обеспечению слабого звена для водоотделяющей колонны, содержащего верхний корпус и нижний корпус, скрепленные с возможностью разъединения посредством шпилек. Указанные шпильки рассчитаны на разрушение при заданной нагрузке. В указанной заявке также описано устройство приложения давления, которое обеспечивает силу связи, действующую на верхний корпус для компенсации разъединяющего усилия, обусловленного давлением в скважине. Благодаря такому решению на верхнюю часть водоотделяющей системы, прикрепленную к верхнему корпусу, действует только разъединяющее усилие, которое является растягивающим усилием, прикладываемым судном, находящимся на поверхности.

Однако, известное устройство, описанное в предыдущем абзаце, имеет существенный недостаток. При освобождении от шпилек при заданном растягивающем усилии разъединение верхнего и нижнего корпусов, вероятно, будет сопровождаться внезапным ударом или толчком. Такой отскок верхнего и нижнего корпусов, а также прикрепленных к каждому из них соответствующих участков водоотделяющей колонны с большой вероятностью может привести к повреждению подводной инфраструктуры, оборудования и персонала, находящегося на поверхности.

Кроме недостатка, указанного в предыдущем абзаце, в описании предшествующего уровня техники отсутствует конкретное и подробное описание возможности эффективного применения слабого звена во время эксплуатации водоотделяющей системы в подводных условиях (т.е. когда слабое звено функционирует в ослабленном режиме), а также когда водоотделяющую систему опускают или извлекают, т.е. когда слабое звено функционирует в усиленном режиме, при котором усилие зажима двух основных компонентов слабого звена друг к другу, соединенных с возможностью разъединения, должно быть увеличено.

Соответственно, существует назревшая потребность в слабом звене для водоотделяющих систем, содержащем механизм выравнивания давления, который может эффективно работать в сочетании с демпфирующим механизмом так, что верхний и нижний участки водоотделяющей колонны при разъединении путем освобождения от соединительного средства, такого как шпильки или разъединительные болты, разъединяются управляемым способом, существенно уменьшая вероятность отскока любого типа.

Также существует потребность в слабом звене для водоотделяющих систем, содержащем простое устройство для эффективной работы в изменяющихся условиях, когда водоотделяющая система находится в эксплуатации в подводных условиях, а также когда водоотделяющую систему опускают или извлекают. Обычно водоотделяющую колонну используют в качестве опускающего средства для фонтанного устьевого оборудования (ХМТ - Christmas tree) путем его прикрепления под блоком аварийной расстыковки (EDP - emergency disconnect package) и нижней компоновкой водоотделяющей колонны (LRP - lower riser package), расположенной у нижнего конца водоотделяющей колонны. Поскольку этот узел является весьма массивным, присоединение обычного слабого звена создает потенциально опасную вероятность перегрузки, в частности, при неудовлетворительных погодных условиях. В другом случае, рабочее окно сильно ограничено.

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеупомянутые и другие соответствующие потребности благодаря созданию слабого звена для водоотделяющих систем, содержащего механизм выравнивания давления, который может эффективно работать в сочетании с демпфирующим механизмом для обеспечения управляемого и плавного отделения двух основных элементов слабого звена, соединенных с возможностью разъединения, каждый из которых включает участки водоотделяющих колонн, присоединенные, соответственно, у нижнего и верхнего концов. Слабое звено согласно настоящему изобретению также может эффективно и просто работать как в ослабленном, так и в усиленном режиме, как изложено выше.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из основных целей данного изобретения является создание слабого звена для водоотделяющей системы, которое содержит механизм выравнивания давления для компенсации воздействия концевой пробки, при этом указанный механизм эффективно работает в сочетании с демпфирующим механизмом для управляемого отделения верхнего участка водоотделяющей системы от ее нижней части.

Другой целью данного изобретения является создание слабого звена, предназначенного для водоотделяющей системы и выполненного для эффективной работы при изменяющихся условиях, когда водоотделяющая система находится в эксплуатации в подводных условиях, а также при спуске и извлечении водоотделяющей системы.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание слабого звена для водоотделяющей системы, которое имеет простую конструкцию с простым принципом работы, обеспечивая достижение вышеупомянутых целей.

Используемые в описании, включая формулу изобретения, термины «муфта», «ниппель», «слабое звено», «водоотделяющая система», «демпфирование», «компенсатор», «ослабленный режим», «усиленный режим», «разъединительный переводник» следует толковать в самом широком смысле, при этом они включают все подобные термины в данной области техники, под которыми данные понятия известны специалистам в данной области. Сужение или ограничение, если таковые имеются в данном описании, приведены исключительно в качестве примера и для пояснения данного изобретения. Кроме того, следует уточнить, что термин «водоотделяющая система» следует толковать в самом широком смысле применительно к области, связанной с подводными работами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с основным аспектом данного изобретения предложено слабое звено для водоотделяющей системы, содержащее первый элемент и второй элемент, соединительное средство, обеспечивающее разъединяемое соединение указанных первого и второго элементов и выполненное с возможностью отсоединения при определенном растягивающем усилии, причем указанное слабое звено также содержит механизм выравнивания давления, предназначенный для обеспечения равновесия осевых усилий, действующих на указанное соединительное средство и обусловленных воздействием концевой пробки указанной водоотделяющей системы. Это решение позволяет по существу устранить воздействия концевой пробки и обеспечить большую прогнозируемость предела прочности на разрыв соединительного средства, например, болтов.

В предпочтительном варианте выполнения первый элемент представляет собой ниппель, а второй элемент представляет собой муфту, причем указанные ниппель и муфта соединены с возможностью разъединения посредством разъединительных болтов. Это решение обеспечивает простую конструкцию на основе известных принципов телескопического соединения.

В другом предпочтительном варианте выполнения механизм выравнивания давления содержит первый поршень выравнивания давления для передачи нагрузки от давления к указанной муфте и второй поршень выравнивания давления для передачи нагрузки от давления к указанному ниппелю, при этом оба поршня расположены в кольцевом пространстве между указанными ниппелем и муфтой, причем указанное кольцевое пространство находится в гидравлической связи с проходным отверстием указанного ниппеля, при этом указанные нагрузки от давления действуют на поршни в противоположных направлениях. Такое решение позволяет получить надежное средство, которое обеспечивает по существу равновесие между давлением в механизме выравнивания и давлением в проходном отверстии водоотделяющей колонны.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения сегмент для передачи нагрузки, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении, расположен с возможностью соединения с первым поршнем выравнивания давления для передачи нагрузки от этого поршня к муфте, а второй поршень выравнивания давления присоединен к указанному ниппелю, предпочтительно посредством резьбового соединения, для передачи нагрузки от этого поршня к указанному ниппелю. Такое решение обеспечит стабильную передачу нагрузки от механизма выравнивания давления к указанным ниппелю и муфте.

В другом предпочтительном варианте выполнения слабое звено содержит стингер, прикрепленный первым концом к муфте и имеющий второй конец, проходящий в проходное отверстие ниппеля, причем указанные стингер и ниппель образуют узкое кольцевое пространство, которое в свою очередь обеспечивает сообщение между проходным отверстием указанного ниппеля и кольцевым пространством между указанными ниппелем и муфтой. Это решение обеспечивает сохранение целостности проходного отверстия водоотделяющей колонны по возможности в течение времени разрыва слабого звена, обеспечивая поддержание уплотнения между ниппелем (2) и муфтой (1) во время процесса разъединения.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения муфта имеет отверстие, обеспечивающее сообщение между окружающей морской водой и полостью, выполненной на противоположной от кольцевого пространства стороне второго поршня выравнивания давления. Благодаря такому решению механизм выравнивания давления поддерживает один и тот же режим давления при разрыве слабого звена.

В другом предпочтительном варианте выполнения указанный ниппель имеет отверстия, обеспечивающие сообщение между проходным отверстием указанного ниппеля и кольцевым пространством. Это решение обеспечивает одинаковое давление в механизме выравнивания и в проходном отверстии водоотделяющей колонны.

В другом предпочтительном варианте выполнения указанная муфта имеет отверстие, проходящее к окружающей морской воде, причем данное отверстие выполнено с возможностью сообщения по меньшей мере с одним из отверстий в указанном ниппеле при частичном выдвижении ниппеля из муфты, для стравливания давления внутри водоотделяющей колонны в окружающую морскую воду. Это решение по существу позволяет снизить или устранить воздействие струи, которое будет стремиться вытолкнуть водоотделяющую колонну вверх во время разъединения.

В другом предпочтительном варианте выполнения слабое звено содержит демпфирующий механизм, предназначенный для погашения любого внезапного отскока между указанными первым и вторым элементами во время их разъединения путем разрыва указанного соединительного средства. Это решение позволяет существенно уменьшить вероятность отскока во время разъединения.

В предпочтительном варианте выполнения демпфирующий механизм содержит один или более цилиндров и поршневых средств, причем демпфирующий механизм присоединен к муфте посредством цилиндра или поршневого средства, а другой из указанных элементов: цилиндр или поршневое средство, присоединен к указанному ниппелю. Это решение позволит обеспечить эффективный демпфирующий механизм, который может быть выполнен по размерам в соответствии с требованиями вне зависимости от механизма выравнивания.

В другом предпочтительном варианте выполнения демпферы заполняются морской водой при погружении. Это решение обеспечивает получение свободной от загрязнений системы с простым устройством.

В другом предпочтительном варианте выполнения демпфер имеет по меньшей мере одно небольшое отверстие, предназначенное для медленного выпуска через него текучей среды, содержащейся внутри демпфера, для замедления разъединения указанных муфты и ниппеля. Это решение обеспечивает простое и безопасное регулируемое замедление.

В альтернативном варианте выполнения демпфер выполнен как единое целое с механизмом выравнивания давления, что обеспечивает компактность системы.

В предпочтительном варианте выполнения на ниппеле выполнена по меньшей мере одна канавка, которая в случае отделения муфты от ниппеля обеспечивает пространство для размещения сегмента для передачи нагрузки, чтобы вывести сегмент из соединения с муфтой и обеспечить тем самым возможность для полного разъединения ниппеля и муфты.

В другом предпочтительном варианте выполнения слабое звено содержит средство обеспечения усиленного режима, предназначенное для избирательного увеличения усилия зажима между указанными вторым и первым элементами. Это решение позволяет существенно снизить или исключить вероятность случайного или непреднамеренного разъединения, когда водоотделяющую колонну используют для размещения тяжелого подводного оборудования.

В предпочтительном варианте выполнения средство обеспечения усиленного режима содержит динамический поршень для активации усиленного режима, функционально присоединенный к замковому кольцу для усиленного режима. Это решение обеспечивает надежное средство для перевода переводника в усиленный режим.

В другом предпочтительном варианте выполнения средство обеспечения усиленного режима дополнительно содержит первый трубопровод для передачи гидравлического давления, выполненный с возможностью подачи гидравлического давления к первой камере для перемещения динамического поршня в первом направлении и, соответственно, радиального перемещения замкового кольца в канавку, выполненную в муфте. Это решение обеспечивает простое средство для перевода переводника в усиленный режим.

В другом предпочтительном варианте выполнения средство обеспечения усиленного режима работы дополнительно содержит статический поршень для усиленного режима, расположенный на противоположной стороне в осевом направлении от замкового кольца относительно динамического поршня. Это решение обеспечивает надежный гидрозатвор для отделения средства обеспечения усиленного режима от других частей переводника.

В другом предпочтительном варианте выполнения средство обеспечения усиленного режима дополнительно содержит второй гидропровод, выполненный с возможностью подачи гидравлического давления ко второй камере, расположенной напротив первой камеры относительно динамического поршня для перемещения динамического поршня во втором направлении, противоположном первому направлению и, соответственно, выхода замкового кольца в радиальном направлении из канавки, выполненной в муфте. Это решение обеспечивает простое и надежное средство для отмены усиленного режима работы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

После приведенного выше описания основных признаков данного изобретения в следующих абзацах приведено более подробное и неограничительное описание двух типовых вариантов выполнения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Фиг. 1 изображает вид в разрезе слабого звена в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения.

Фиг. 2 изображает увеличенный разрез слабого звена, показанного на фиг. 1, работающего в ослабленном режиме.

Фиг. 3 изображает более детальный разрез нижнего участка слабого звена, показанного на фиг. 2, иллюстрируя работу слабого звена в ослабленном режиме.

Фиг. 4 изображает увеличенный разрез слабого звена, подобный показанному на фиг. 2, иллюстрирующий механизм выравнивания давления.

Фиг. 5 изображает более детально разрез нижнего участка слабого звена, подобный показанному на фиг. 2, при этом иллюстрируя работу слабого звена в усиленном режиме.

Фиг. 6а изображает вид в аксонометрии демпфирующего механизма слабого звена, показанного на фиг. 1-5.

Фиг. 6b изображает разрез слабого звена, выполненный по линии С-С, иллюстрируя начало разъединения.

Фиг. 6с изображает вид спереди слабого звена в соответствии с разрезом на фиг. 6b.

Фиг. 6d изображает разрез слабого звена, выполненный по линии D-D, иллюстрируя стадию разъединения, которая следует за стадиями, проиллюстрированными на фиг. 6b и 6c.

Фиг. 6е изображает вид спереди слабого звена в соответствии с разрезом на фиг. 6d.

Фиг. 7 изображает разрез слабого звена в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения.

Фиг. 8 изображает в увеличении разрез участка слабого звена, показанного на фиг. 7.

Фиг. 9 изображает вид спереди варианта выполнения слабого звена, показанного на фиг. 7 и 8, иллюстрируя механизм выравнивания давления.

Фиг. 10а и 10b изображают виды спереди предпочтительного варианта выполнения слабого звена, показанного на фиг. 7 и 8, иллюстрируя работу, соответственно, в ослабленном и усиленном режимах.

Фиг. 11а и 11b изображают в увеличении виды спереди варианта выполнения слабого звена, показанного на фиг. 7 и 8, иллюстрируя работу демпфирующего механизма.

Фиг. 12а изображает продольный разрез демпфера в соответствии с данным изобретением в полностью убранном положении.

Фиг. 12b изображает частичный продольный разрез демпфера в полностью убранном положении, выполненный перпендикулярно разрезу, изображенному на фиг. 12а.

Фиг. 12c изображает продольный разрез первого конца демпфера в полностью убранном положении.

Фиг. 12d изображает продольный разрез второго конца демпфера в полностью убранном положении.

Фиг. 13а изображает продольный разрез демпфера в частично выдвинутом положении.

Фиг. 13b изображает фрагментарный продольный разрез демпфера в частично выдвинутом положении, выполненный перпендикулярно разрезу, показанному на фиг. 13а.

Фиг. 13c изображает продольный разрез первого конца демпфера в частично выдвинутом положении.

Фиг. 13d изображает продольный разрез второго конца демпфера в частично выдвинутом положении.

Фиг. 14а изображает продольный разрез демпфера в полностью выдвинутом положении.

Фиг. 14b изображает продольный разрез второго конца демпфера в полностью выдвинутом положении.

Фиг. 14c изображает продольный разрез второго конца демпфера в разъединенном состоянии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приведено описание двух предпочтительных вариантов выполнения изобретения, которые являются типовыми и приведены для лучшего понимания данного изобретения, при этом не ограничивая его объем.

На всех чертежах с 1 по 6а, 6b, 6c, 6d и 6е, которые изображают один предпочтительный вариант выполнения, одинаковыми номерами позиций обозначены одинаковые элементы. Это также относится к фиг. 7-9, 10а, 10b, 11а и 11b, на которых изображен другой вариант выполнения. Кроме того, когда в нижеследующем описании используются выражения «верх», «низ», «вверх», «вниз», «выше» или «ниже» и подобные им, они относятся исключительно к расположению относительно морского дна, причем морское дно является по существу горизонтальным и расположено ниже водоотделяющей колонны.

Следует также понимать, что расположение различных элементов может быть отличным от расположения, показанного на чертежах, без отклонения от концепции данного изобретения.

Также, следует пояснить, что прилагаемые чертежи подробно изображают элементы слабого звена, а не водоотделяющей системы или других элементов, участвующих в процессе работы, поскольку они будут очевидны специалистам в данной области техники.

Помимо этого, для работы в ослабленном и усиленном режимах возможно использование нескольких элементов, рассмотренных далее, при этом далее приведено описание или изображение на чертеже только одного или только двух из указанных элементов для облегчения понимания и без какого-либо ограничения объема изобретения. Кроме этого следует отметить, что далее слабое звено указано как разъединительный переводник/переводник. Все указанные термины обозначают слабое звено 17, 43.

Фиг. 1 изображает предпочтительный вариант выполнения, иллюстрируя различные элементы слабого звена 17. На данном чертеже показан ниппель 2, который представляет собой трубу под внутренним давлением переводника/слабого звена и образует часть скважинного напорного трубопровода, проходящего через данный переводник и имеющего проходное отверстие 2а. Указанный ниппель удерживает соединение водоотделяющей колонны снизу (т.е. на правой стороне чертежа) для взаимодействия с другими переводниками водоотделяющей колонны. Указанный ниппель присоединен к муфте 1 посредством разъединительных болтов 11. Муфта 1 действует в качестве наружного рукава слабого звена 17 и удерживает звено водоотделяющей колонны сверху (на чертеже слева) для взаимодействия с другими звеньями водоотделяющей колонны.

Муфта 1 и ниппель 2 являются двумя основными элементами данного звена, при этом они соединены с возможностью разъединения посредством болтов 11. Болты 11 выполнены с расчетом на то, что они сломаются при превышении заданного значения растягивающего усилия.

Стингер 10 работает в качестве внутреннего рукава слабого звена. Он присоединен к муфте 1 предпочтительно посредством резьбовых соединений (подробно не показаны на чертежах) и установлен с небольшим, но отделяющим зазором во внутренней части ниппеля 2 для обеспечения выравнивания давления и уровня текучей среды во время разрыва. Стингер также образует часть скважинного трубопровода, проходящую через данное звено, и имеет проходное отверстие 10а.

Фиг. 1 также показывает верхний поршень (поршни) 4 выравнивания давления и нижний поршень (поршни) 3 выравнивания давления. Указанные поршни расположены друг от друга на расстоянии, по меньшей мере равном одному диаметру проходного отверстия 10а. Данное расстояние может быть больше указанного, что обеспечит больше времени для закрытия предохранительных клапанов для предотвращения утечки углеводородов или бурового раствора в окружающую среду. Элементы 5 нагрузки для выравнивания давления или элементы 5 передачи нагрузки расположены под нижним поршнем (поршнями) 3. Подробное описание этих элементов приведено ниже.

Детали, обеспечивающие активацию усиленного режима слабого звена, расположены на нижнем участке муфты 1. Они включают динамический поршень 9 для усиленного режима, над которым расположена стопорная втулка 6 для усиленного режима и замковое кольцо 7 над ней. Над замковым кольцом 7 расположен статический поршень 12 для усиленного режима. Принцип работы данных элементов описан далее.

Фиг. 1 также показывает уплотнения 8 проходного отверстия, обеспечивающие герметичность проходного отверстия для выравнивания давления, и демпферы 13, проходящие в радиальном направлении снаружи слабого звена 17.

Фиг. 2 изображает разрез, на котором более подробно видны элементы, показанные на фиг. 1. На этом чертеже также показана рукоятка 15, которая может быть использована посредством подводного аппарата дистанционного управления (ROV - remotely operated underwater vehicle) для захвата слабого звена. На чертеже также показаны канавки 5а, выполненные в муфте 1, с помощью которых элементы 5 нагрузки для выравнивания давления остаются заблокированными при штатном режиме работы. На этом чертеже также показано нижнее малое отверстие 1а и верхнее малое отверстие 1b. На чертеже также показано гидравлическое быстроразъемное соединение 14, доступ к которому обеспечивается посредством подводного аппарата дистанционного управления для обеспечения воздействия гидравлическим давлением в гидравлической линии 23 для отмены усиленного режима.

Фиг. 3 изображает увеличенный фрагмент нижнего участка слабого звена 17, показанного на фиг. 2. За исключением деталей, показанных на предыдущих чертежах, здесь также показана канавка 23b, выполненная в нижней части муфты 1, внутри которой может быть размещено замковое кольцо 7. На чертеже также показано отверстие 1а, проходящее через стенку муфты 1. Принцип работы этих элементов будет объяснен далее.

Фиг. 4 изображает в увеличении разрез слабого звена, подобный изображенному на фиг. 2. В дополнение к деталям, изображенным на предыдущих чертежах, на нем также показаны прорези 10b в нижней части стингера 10, отверстия 18 в средней и верхней частях ниппеля 2 и кольцевое пространство 19 между ниппелем 2 и муфтой 1.

В том же участке, в котором выполнены верхние отверстия 18, выполнена кольцевая выемка 40.

Фиг. 5 изображает более подробный вид в разрезе нижнего участка слабого звена, подобный изображенному на фиг. 3, но данный чертеж иллюстрирует работу слабого звена в усиленном режиме, который будет объяснен далее. На этом чертеже также показана камера 23а, расположенная непосредственно под динамическим поршнем 9, а также гидравлические линии 23 и 22, через которые может быть подано гидравлическое давление.

Фиг. 6а изображает четыре демпфера 13, которые расположены на наружной периферии разъединительного переводника 17. Демпферы 13 представляют собой цилиндрические трубки с поршневым устройством 16. Цилиндры демпферов 13 прикреплены к муфте 1, в то время как поршневой шток 16 демпферов проходит внутри указанных цилиндров к их верхнему концу. На поршневых штоках 16 имеются продольные канавки 21, предназначенные для выпуска морской воды, как будет пояснено далее.

Фиг. 6b, 6c, 6d и 6е иллюстрируют различные стадии разъединения слабого звена 17, когда муфта 1 отделяется от ниппеля 2.

Завершив описание основных элементов слабого звена 17, далее прежде всего будет раскрыт принцип работы механизма выравнивания давления слабого звена со ссылкой, в частности, на фиг. 1 и 4. Так как водоотделяющая колонна в присоединенном состоянии подвергается воздействию внутреннего давления, переводник 17 содержит механизм выравнивания давления, благодаря которому давление не будет создавать какого-либо осевого усилия, действующего на болты 11 по причине воздействия концевой пробки, тем самым уменьшая рабочее окно разъединительного переводника 17.

Как показано на фиг. 1, муфта 1 выполняет функцию наружного рукава указанного переводника и удерживает соединение в верхней части для обеспечения взаимодействия с другими звеньями водоотделяющей колонны. Ниппель 2 может быть прикреплен непосредственно к фонтанной задвижке или к нижней компоновке водоотделяющей колонны (LRP - lower riser package), или может содержать внизу участок водоотделяющей колонны.

Как показано на фиг. 4, стингер 10 соединен с муфтой 1, предпочтительно посредством резьбового соединения (не показано подробно), и размещен с небольшим зазором продольно внутри ниппеля 2 для обеспечения выравнивания давления и изоляции текучей среды во время разрыва. Небольшой зазор обеспечивает узкое кольцевое пространство (не показано подробно) между стингером 10 и ниппелем 2, посредством которого обеспечивается гидравлическая связь между отверстием 2а в ниппеле 2 и кольцевым пространством 19, образованным между ниппелем 2 и муфтой 1. Отверстия 18 в ниппеле 2 обеспечивают сообщение между узким кольцевым пространством и кольцевым пространством 19.

Нижний поршень 3 и верхний поршень 4 обеспечивают подачу усилия разъединения от давления (обусловленного воздействием концевой пробки) в обратном направлении, соответственно, к муфте 1 и ниппелю 2.

Как показано стрелками на фиг. 4, давление внутри водоотделяющей колонны 20 переносится от ствола скважины через прорези 10b в нижней части стингера 10, через небольшое кольцевое пространство между стингером 10 и ниппелем 2, далее через отверстия 18 в средней и верхней части ниппеля 2 в кольцевое пространство 19 между ниппелем 2 и муфтой 1. У двух концов этого кольцевого пространства 19 расположены два противодействующих кольцевых поршня 3, 4. Поршни 3, 4 передают результирующее усилие, соответственно, к муфте 1 и ниппелю 2 в противоположных направлениях, как показано на чертеже, устраняя воздействие внутреннего давления на болты 11. На фиг. 4 светло-серыми затененными участками в целом обозначен проточный тракт.

Фактически во время работы скважины перемещаемая среда (газ/нефть и т.д.) находится под высоким давлением, которое обусловливает воздействие концевой пробки и в результате приводит к дополнительному растягивающему усилию, действующему на участки водоотделяющей колонны. Поскольку давление изменяется во времени, а также по длине водоотделяющей колонны, усилие, действующее на разрывные болты 11 слабого звена 17, не может быть четко определено в какой-либо момент времени. Для того, чтобы решить эту проблему, обеспечивают прохождение среды под давлением в камеру 19 (также показанную на фиг. 4) между поршнями 3, 4 для того, чтобы давление действовало в обоих направлениях. Поскольку подвергающаяся воздействию площадь поршней 3, 4 равна поперечному сечению эксплуатационной скважины, противодействующие усилия взаимно компенсируются.

Удлиненная камера 19 выравнивания давления обеспечивает возможность поддержания давления в равновесии посредством разъединительного переводника 17 на протяжении процесса его разделения, как будет подробнее объяснено далее.

Работа слабого звена 17 в ослабленном режиме необходима, когда водоотделяющая система находится в рабочем состоянии и работает в штатном режиме. Если точнее, на данной стадии величина усилия растяжения, действующего на болты 11, не превышает заданного уровня, при этом муфта 1 и ниппель 2 остаются соединенными, что проиллюстрировано, в частности, на фиг. 2 и 3. Когда водоотделяющую колонну