Предохранительное соединение

Предохранительное соединение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к предохранительному соединению, предназначенному для использования в конструкции морского райзера, и к способу оперирования таким соединением. Более конкретно, изобретение относится к сбалансированному по давлению предохранительному соединению, содержащему разделяющий узел.

Уровень техники

Райзеры обычно используются, чтобы соединять углеводородные скважины, выполненные в морском дне с плавучими морскими конструкциями. Райзер обычно изготавливается в виде колонны стальных труб, имеющих значительный диаметр и, следовательно, тяжелых. Поэтому плавучая конструкция должна создавать натяжение в райзере, чтобы предотвратить его прогибание и, возможно, обрушение под действием собственного веса, а также предотвращать действие его веса на устье скважины. Такая система создания натяжения является скомпенсированной в отношении движений платформы относительно морского дна, например, чтобы поддерживать в райзере относительно стабильное натяжение. Проблемы могут возникать, когда условия, в которых находится платформа, выходят за пределы нормального рабочего диапазона, например, в случае отведения или смещения платформы в результате дрейфа или в случае, если система компенсации волнения не функционирует должным образом. Все эти условия могут приводить к чрезмерному натяжению в райзере и к его разламыванию в нескольких точках. Чтобы учесть эту проблему, райзеры могут снабжаться слабым звеном, имеющим меньшую прочность на разрыв, чем другие компоненты райзера. Как следствие при достижении в райзере определенного, заранее известного уровня натяжения, происходит разрушение именно в определенном заранее месте райзера.

Слабое звено должно обеспечивать:

- защиту барьеров, как основных, так и вспомогательных;

- защиту персонала;

- защиту окружающей среды.

Обычное слабое звено содержит две детали, которые, с возможностью разделения, крепятся одна к другой, например, заклепками, разрушающимися при приложении заданного растягивающего усилия. Подобные системы со слабыми звеньями должны быть способны выдерживать не только растягивающие усилия, прикладываемые к слабому звену со стороны плавучей конструкции, но также давление со стороны скважины. Поэтому заклепки должны быть проградуированы так, чтобы разрушаться при растяжении, которое обусловлено комбинацией разделяющего усилия, обусловленного давлением в скважине, и растяжения, вызываемым нагрузкой с поверхности. Давление в скважине флуктуирует. При высоких давлениях обычное слабое звено может иметь очень ограниченное применение, поскольку для его разрушения в этом случае требуется лишь небольшое внешнее натяжение. В то же время при низких давлениях такое звено может не выполнить свою функцию по защите системы, поскольку в этом случае оно может требовать относительно большого внешнего натяжения перед тем, как разрушиться. Это может создать проблему как в отношении допустимого рабочего интервала, так и в отношении надежной защиты устьевого оборудования, такого как барьер в скважине.

Другая проблема, связанная со стандартными слабыми звеньями, состоит в том, что разрушение слабого звена в райзере вследствие чрезмерного растяжения, например, как результат отведения или смещения платформы или внезапного скачка давления в райзере, приведет к высвобождению значительных сил, которые будут действовать на райзер, вызывая его нежелательное поведение. Если райзер разламывается в случае чрезмерного натяжения, он будет действовать, как разделенная пружина и в худшем сценарии может быть выброшен из воды в направлении плавучей конструкции, что может причинить серьезный вред персоналу и/или конструкции платформы. Еще одна проблема может заключаться в том, что в случае разрушения слабого звена и/или соединения частей райзера, находившиеся в райзере углеводороды или газ могут попасть из него в море или на поверхность. В такой ситуации желательно иметь возможность управлять поведением райзера и его содержимым и, возможно, осуществлять управляемое рассоединение. В отношении слабых звеньев и соединительных узлов райзера, скомпенсированных по давлению, использовались различные решения, в том числе описанные в ЕР 2310613, US 8181704, US 5382052, US 4361165 и US 4059288.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным изобретение направлено на создание предохранительного соединения, которое ослабляет проблемы, связанные с известными слабыми звеньями, и, по сравнению с известными звеньями, обеспечивает расширенные операционные возможности.

Соответственно, изобретение относится к предохранительному соединению и, более конкретно, к предохранительному соединению, обеспечивающему возможность сохранять райзер неповрежденным в течение более длительного периода и, возможно, поддерживать в райзере определенное натяжение (если система компенсации качки заблокирована), чтобы оператор имел достаточно времени для осуществления более безопасного стандартного отделения райзера от устья скважины.

По сравнению с традиционной конструкцией слабого звена конструкция предохранительного соединения согласно изобретению обладает следующими преимуществами:

- увеличивает время, доступное для аварийной остановки;

- создает натяжение в райзере после активации предохранительного соединения;

- ограничивает отдачу в случае выпуска углеводородов;

- не зависит от содержимого райзера;

- не предусматривает прорезание/перекрывание какого-либо отверстия;

- не зависит от внутреннего давления;

- безопасна для окружающей среды.

Предохранительное соединение согласно изобретению содержит первую и вторую детали райзера, образующие соответственно его внутреннюю и наружную части, присоединяемые, при их использовании в райзере, соответственно к верхней и нижней частям райзера.

Эти первая и вторая детали райзера первоначально жестко соединены одна с другой посредством освобождающего (разделяющего) узла, который обеспечивает функцию разделения двух деталей, как это будет описано далее. В заблокированном состоянии разделяющий узел обеспечивает движение двух деталей райзера, как единого блока.

Изобретение сформулировано и охарактеризовано в независимых пунктах формулы, тогда как в зависимых пунктах раскрыты частные признаки изобретения.

Изобретение относится к предохранительному соединению, содержащему:

первую и вторую детали райзера, взаимно перекрывающиеся в осевом направлении и имеющие концевые соединения для подсоединения указанных деталей в качестве части райзера, и

разделяющий узел, в неактивированном режиме жестко соединяющий две детали райзера и выполненный с возможностью находиться в других режимах, включающих частично активированный режим и полностью активированный режим.

При этом разделяющий узел содержит по меньшей мере один растяжимый стержень, способный растягиваться в осевом направлении, подсоединенный между двумя деталями райзера и сконфигурированный с возможностью перед разрушением пластически деформироваться, активируя разделяющий узел, переходящий из неактивированного режима в частично и полностью активированные режимы.

Согласно аспекту изобретения предохранительное соединение содержит по меньшей мере узел цилиндров, выполненный с возможностью компенсировать действие внутреннего давления в райзере по меньшей мере на один растяжимый стержень в неактивированном и частично активированном режимах и на предохранительное соединение в полностью активированном режиме.

Узел цилиндров может быть также выполнен с возможностью увеличивать усилия, противодействующие разделению первой и второй деталей райзера в полностью активированном режиме.

Предохранительное соединение согласно изобретению будет обычно находиться в нижней половине райзера, вблизи устья скважины. Занимая такое положение в райзере, предохранительное соединение будет испытывать более значительные усилия со стороны окружающей воды. Может использоваться райзер любого типа.

При нормальном функционировании предохранительное соединение не будет активироваться, т.е. оно будет находиться в неактивированном режиме. Однако в случаях возникновения чрезмерного натяжения в райзере данное соединение будет активировано этим чрезмерным натяжением. Чрезмерное натяжение будет активировать разделяющий узел, проходящий, до потенциально полного рассоединения, два промежуточных режима (этапа): частично активированный режим и полностью активированный режим, во время которого в соединении будет происходить телескопическое перемещение его компонентов и за которым потенциально следует полное рассоединение, т.е. полное разделение двух деталей райзера. И на начальном, и на промежуточных этапах разделяющий узел будет скомпенсирован в отношении давления флюида в райзере. Названные этапы обеспечат время, достаточное для безопасного отсоединения райзера от устья скважины. Как альтернатива, предохранительное соединение может быть также сконфигурировано для отделения, в качестве полного рассоединения, двух деталей райзера одна от другой.

Согласно аспекту изобретения узел цилиндров может содержать один блок цилиндров, выполненный с возможностью компенсировать действие внутреннего давления в райзере, приложенного по меньшей мере на один растяжимый стержень в неактивированном и в частично активированном режимах, а также увеличивать усилия, противодействующие разделению первой и второй деталей райзера в полностью активированном режиме. В другом варианте узел цилиндров может содержать несколько блоков цилиндров, обладающих различными функциональностями в рамках разделяющего узла, включая компенсацию внутреннего давления в различных режимах и создание усилий, противодействующих разделению.

Одно из возможных решений состоит в том, что узел цилиндров может содержать первый и второй блоки цилиндров. Первый блок цилиндров обеспечивает компенсацию действия внутреннего давления в райзере по меньшей мере на один растяжимый стержень в неактивированном режиме. Второй блок цилиндров обеспечивает компенсацию действия внутреннего давления в райзере по меньшей мере на один растяжимый стержень в частично активированном режиме. Второй блок цилиндров выполнен также с возможностью увеличения усилий, противодействующих разделению первой и второй деталей райзера в полностью активированном режиме.

Согласно изобретению растяжимые стержни характеризуются своей осевой длиной и выполняются из материала, допускающего пластическую деформацию. Это позволяет им деформироваться по длине до того, как они разрушатся (разорвутся). Предельная пластическая деформация может составлять до 10% исходной длины растяжимых стержней в осевом направлении. Пластическая деформация растяжимых стержней будет приводить к взаимному смещению двух деталей райзера и к относительному перемещению элементов в узле цилиндров, связанном с различными деталями райзера. Это перемещение будет инициировать различные этапы активирования разделяющего узла.

Согласно аспекту изобретения растяжимый стержень (растяжимые стержни), а также по меньшей мере цилиндр с поршнем и штоком поршня, образующий часть блока цилиндров, будут соединены с двумя различными деталями райзера в составе предохранительного соединения. Данное соединение может быть сконфигурировано так, что давление текучей среды (флюида) в райзере будет воздействовать на одну сторону поршня в цилиндре (цилиндрах) в направлении, противоположном направлению усилий натяжения в райзере и действию концевого эффекта внутреннего давления флюида в райзере, действующего в том же направлении, что и усилие натяжения. Это обеспечит компенсацию действия на растяжимый стержень давления флюида внутри райзера. Чтобы достичь желаемого результата, площади поршня (поршней) в цилиндрах сбалансированы в отношении концевого эффекта (эффекта концевой пробки), т.е. суммарная площадь поршней равна площади концевой пробки. В результате влияние внутреннего давления флюида в райзере устраняется. Такая система может быть использована применительно к узлу цилиндров с одним блоком цилиндров, а также к узлу с первым и вторым блоками цилиндров.

Согласно аспекту изобретения при использовании разделяющего узла с первыми и вторыми цилиндрами первый цилиндр обеспечивает компенсацию давления на растяжимые стержни в неактивированном режиме.

В частично активированном режиме разделяющего узла растяжимые стержни начнут растягиваться, когда натяжение достигнет модуля упругости материала растяжимых стержней, так что их размер в осевом направлении необратимо увеличится. Такое удлинение растяжимых стержней может привести к тому, что поршни в первом блоке цилиндров выйдут из герметичного контакта с соответствующими цилиндрами. Это приведет к возможности утечки рабочей (гидравлической) текучей среды вдоль боковых сторон поршней. После этого поршень (поршни) в первом блоке цилиндров не будет (не будут) действовать как компенсаторы давления для растяжимых стержней, так что эта функция должна будет перейти ко второму блоку цилиндров, как это будет описано далее.

Одно из возможных решений задачи получения желательной утечки в первом блоке цилиндров заключается в формировании цилиндра с различными значениями внутреннего диаметра по длине цилиндра. Другая возможность состоит в выполнении в цилиндре отверстия, герметично перекрытого поршнем в первом положении, но открытого, когда поршень находится в другом положении. Можно также обеспечить утечку сквозь поршень.

После того как первый блок цилиндров перестанет компенсировать давление, приложенное к растяжимым стержням, представляется нежелательным, чтобы он оказывал ненужное влияние на предохранительное соединение. В связи с этим при дальнейшем растягивании предохранительного соединения можно отделить головки цилиндров в первом блоке цилиндров, чтобы минимизировать риск двойной компенсации и влияния первого блока цилиндров. Такое отделение головок цилиндра может быть осуществлено различными путями, в том числе разбиванием головки цилиндра, если она является стеклянной. Другая возможность состоит в обеспечении взаимодействия поршня с головкой таким образом, чтобы освободить крепление головки в цилиндре. В результате освобождения головок первый блок цилиндров становится открытым для морской воды. Действительно, если текучая среда, в частности текучая среда, находившаяся над поршнями цилиндров в первом блоке, будет стравлена до того, как будет отделена головка цилиндра, на головку не будет действовать никакое давление текучей среды, что позволит реализовать лучше контролируемое отделение головки цилиндра. При этом важно избежать двойной компенсации давления, действующего на растяжимые стержни, т.к. это может вести к потере управления райзером, поскольку двойная компенсация может привести к избыточной или недостаточной компенсации райзера.

Согласно изобретению в частично активированном режиме разделяющего узла сохраняется компенсация давления, действующего на растяжимые стержни. Как это будет подробно описано далее, в рассматриваемом варианте второй блок цилиндров сконфигурирован для компенсации действия внутреннего давления в райзере в частично и полностью активированных режимах.

До начала первого этапа срабатывания разделяющего узла, т.е. в неактивированном режиме, поршень во втором блоке цилиндров может быть плавающим относительно штока поршня. При этом поршни, возможно, будут находиться вблизи одного конца цилиндров. В этом состоянии вторые цилиндры (цилиндры второго блока) не будут воспринимать давление в райзере и не будут оказывать никакого влияния на растяжимые стержни. Следовательно, второй блок цилиндров не будет оказывать влияния на предохранительное соединение до тех пор, пока это соединение не перейдет в частично активированный режим.

На первом этапе срабатывания, т.е. в частично активированном режиме разделяющего узла, растяжимые стержни растягиваются в осевом направлении, что приводит к перемещению штока поршня относительно поршней во втором блоке цилиндров. Это перемещение приведет к взаимодействию между штоком поршня и поршнем, так что они окажутся связанными друг с другом. В дополнение, первая деталь райзера будет перемещаться относительно его второй детали, в результате чего давление в райзере будет воздействовать на поршень во втором блоке цилиндров. При этом предохранительное соединение сконфигурировано так, что давление, приложенное к поршням во втором блоке цилиндров, будет воздействовать на предохранительное соединение и, следовательно, на растяжимые стержни, обеспечивая компенсацию приложенного к ним внутреннего давления райзера. Отверстие, через которое давление со стороны флюида в райзере передается второму блоку цилиндров, может быть полностью открытым или, альтернативно, у этого отверстия могут иметься какие-то ограничители, например клапаны, управляемые давлением, или другие элементы. При этом конфигурация предохранительного соединения может быть такой, чтобы обеспечить возможность замены этих, находящихся в отверстии элементов в процессе обслуживания предохранительного соединения, т.е. придать предохранительному соединению модульные свойства.

Одно возможное решение, обеспечивающее свободный доступ внутреннего давления райзера к второму цилиндру, состоит во введении уплотнения между внутренней и наружной деталями райзера. Это уплотнение будет активным, когда первая и вторая детали райзера находятся в полностью сближенном положении. Когда же первая и вторая детали райзера взаимно смещаются в осевом направлении вследствие удлинения растяжимых стержней, уплотнение перестает быть активным, и внутреннее давление флюида, находящегося внутри райзера, распространится на кольцевое пространство между внутренней и наружной деталями райзера и далее во второй блок цилиндров, где оно будет воздействовать на одну сторону поршней в цилиндре, т.е. будет создавать усилие, действующее в направлении, противоположном эффекту концевой пробки райзера. В указанном кольцевом пространстве первоначально может находиться гидравлическая текучая среда. Данное решение позволяет также избежать контакта загрязненного флюида в райзере с цилиндрами и системой компенсации до начала первого этапа (частично активированного режима) и, частично, до наступления второго этапа (полностью активированного режима) срабатывания разделяющего узла. Другая возможность состоит в применении разрывной мембраны, которая разрывается при осевом смещении двух деталей райзера. Существует также возможность снабдить второй блок цилиндров системой, подобной той, которая будет подробно описана далее и в которой флюид райзера будет воздействовать на мембрану/мембранную коробку, разделяющую загрязненные и чистые текучие среды, и/или возможность встроить систему, делающую возможным частичное разрушение.

Полностью активированный режим разделяющего узла наступает, когда натяжение в райзере превысит еще одно пороговое значение для растяжимых стержней, так что растяжимые стержни будут разорваны. Блок цилиндров сконфигурирован для создания в этом, полностью активированном режиме, при разорванных растяжимых стержнях, усилия, противодействующего растяжению предохранительного соединения. Кроме того, блок цилиндров сконфигурирован так, что он делает возможным взаимное телескопическое перемещение двух деталей райзера, перекрывающихся в предохранительном соединении, и обеспечивает компенсацию воздействия внутреннего давления в райзере на предохранительное соединение. Усилие, создаваемое разделяющим узлом, будет стремиться обеспечить телескопическое смещение двух деталей навстречу одна другой, т.е. к сближенному состоянию этих деталей, создавая, тем самым, натяжение в райзере. Данное усилие будет противоположным по отношению к разделяющим силам. В одном (упомянутом выше) варианте с первым и вторым блоками цилиндров это усилие частично генерируется вторым блоком цилиндров.

Когда, в полностью активированном режиме, детали райзера отойдут одна от другой, поршень во втором блоке цилиндров отойдет от положения у конца цилиндра. Поскольку это пространство, заполненное текучей средой при низком давлении, является замкнутым, данное движение создаст в указанной текучей среде "вакуум-эффект". Этот эффект будет стремиться втянуть поршень обратно в цилиндр. Одновременно морская вода будет вдавливать шток поршня в цилиндр. Суммарное действие давления морской воды на конец штока поршня (т.е. усилия, прикладываемого к концу штока поршня гидравлическим столбом морской воды) и "вакуум-эффекта" в цилиндре создаст силу, тянущую верхнюю и нижнюю детали райзера к сближенному положению, или, другими словами, обеспечит противодействие разделяющему усилию.

Альтернативой текучей среде под низким давлением является снабжение поршней во втором блоке цилиндров натягиваемыми элементами, стремящимися втянуть поршни назад, в цилиндры. Это решение может быть дополнительным к конструкции, создающей "вакуум-эффект". Другие возможности включают использование магнитного поля, электродвигателя или иных средств генерации усилия.

Согласно другому аспекту изобретения узел цилиндров может также содержать третий блок цилиндров. Этот блок может приводиться в действие в полностью активированном режиме разделяющего узла. Третий блок цилиндров содержит морскую воду на одной стороне поршня и текучую среду под низким давлением на другой его стороне. При растягивании предохранительного соединения давление морской воды, воздействующей на одну сторону поршня, и "вакуум-эффект", действующий с другой его стороны, будут создавать соответственно толкающее/тянущее усилие, стремящееся привести две детали райзера в сближенное положение. Таким образом, третьи цилиндры создают усилие, противодействующее в предохранительном соединении разделяющим его усилиям. Третий блок цилиндров не находится в гидравлической связи с флюидом внутри райзера.

Согласно аспекту изобретения третий блок цилиндров может использоваться и как единственный блок, т.е. при отсутствии первого и второго блоков цилиндров, и в комбинации с первым и/или вторым блоками цилиндров или в комбинации только со вторым блоком цилиндров, т.е. без остальной части разделяющего узла. В результате будет получено соединение в райзере, в котором первая и вторая детали райзера расположены с взаимным перекрытием и которое допускает взаимное телескопическое перемещение этих деталей. При этом корпус цилиндра присоединен к одной детали райзера, а шток поршня с поршнем - к другой его детали. Пространство, перекрытое поршнем, герметично сопряженным с корпусом цилиндра, заполнено текучей средой под относительно низким давлением, а противоположная сторона поршня при использовании соединения подвергается давлению со стороны окружающей среды, т.е. морской воды. Соединение может быть также снабжено вторым блоком цилиндров с поршнями, причем одна сторона поршня воспринимает давление флюида в райзере, а его противоположная сторона контактирует с текучей средой при относительно низком давлении. Пространство с низким давлением создает "вакуум-эффект", когда поршень выдвигается из корпуса цилиндра, втягивая поршень обратно в корпус, тогда как давление морской воды создает усилие, вдавливающее поршень в корпус цилиндра. Оба этих эффекта противодействуют разделяющим усилиям, действующим в соединении, причем в соединении обеспечивается компенсация внутреннего давления в райзере.

Согласно изобретению штоки поршней и, следовательно, поршни соединены с первой деталью райзера, а цилиндры - с его второй деталью, или наоборот. Затем, в процессе нормального использования, они будут образовывать верхнюю или нижнюю часть предохранительного соединения соответственно, причем, не выходя за пределы изобретения, их положение можно изменить на обратное.

Первая и вторая детали райзера, а также цилиндр и шток поршня второго блока цилиндров и, возможно, третий блок цилиндров могут иметь длину, допускающую телескопическое перемещение деталей райзера без их полного отделения одна от другой. За счет допущения такого движения, а также создания в райзере некоторого натяжения вследствие наличия усилий, стремящихся свести две детали райзера в сближенное положение, становится возможным инициировать безопасным образом отделение райзера от устья скважины также и в полностью активированном режиме без разрушения райзера в качестве стандартного слабого звена. За счет конфигурирования блока цилиндров для создания в полностью активированном режиме усилия, противодействующего разделяющим усилиям, определенное натяжение в райзере создается в результате телескопического движения. Если предохранительное соединение используется в открытом море, такое выполнение позволяет отделить блок аварийной расстыковки (Emergency Disconnect Package, EDP) от нижнего узла райзера (Lower Riser Package, LRP) или, возможно, отсоединить замок подводной испытательной фонтанной арматуры в колонне для спуска. В процессе этого управляемого отсоединения от EDP или LRP телескопически связанные в предохранительном соединении первая и вторая детали райзера будут вынуждены перейти в сближенное положение - это минимизирует риск неконтролируемого повреждения райзером подводного оборудования, такого как EDP и LRP.

Согласно аспекту изобретения первый блок цилиндров может иметь меньший внутренний объем, чем второй блок цилиндров. Различие в объемах может обусловить различие в длине хода поршня в первом блоке цилиндров по сравнению со вторым блоком. В одном варианте первый блок цилиндров может иметь более короткую длину, чем второй блок. Различие в объемах, в дополнение к различию в длине хода поршня, может быть также полезным в случае, если блок цилиндров с меньшим объемом обеспечивает более чувствительное движение поршня, т.е. более быстрый отклик на изменения давления в райзере. Даже если в цилиндрах используется несжимаемая жидкость, она будет испытывать некоторое сжатие в случае большого объема этой жидкости. Поэтому меньший объем будет предпочтительным для компенсации давления на растяжимые стержни до того, как они разорвутся, или до того, как начнется их пластическая деформация, т.е. в частично активированном и в неактивированном режимах разделяющего узла. Однако в полностью активированном режиме желательно иметь большую длину хода штока поршня в цилиндре, поскольку максимальное телескопическое перемещение предохранительного соединения будет ограничено этой длиной хода поршня.

Согласно другому аспекту изобретения первый блок цилиндров может быть соединен со вторым блоком цилиндров посредством механической связи, причем цилиндры расположены рядом друг с другом. Механическая связь может обеспечить координированное и взаимосвязанное движение поршней в первом и втором блоках цилиндров в неактивированном режиме и, возможно, в частично активированном режиме. Первый и второй блоки цилиндров могут быть также выполнены, как продолжение друг друга. Так, первый и второй блоки цилиндров могут быть установлены один на другой по оси деталей райзеров. Они могут быть выполнены, как отдельные цилиндры, или формировать общий цилиндр с двумя поршнями, один из которых первоначально является плавающим. Первый и второй блоки цилиндров могут иметь общие или отдельные штоки поршней. Первый и второй цилиндры могут также иметь общий корпус. Допустима также любая комбинация рассмотренных вариантов.

Согласно изобретению каждый из блоков цилиндров может содержать один цилиндр или несколько цилиндров. При этом один блок может содержать один цилиндр, а другие блоки - два, три, четыре, шесть, восемь или более цилиндров. При этом различные блоки цилиндров могут иметь равные или различные количества цилиндров. Альтернативно, узел цилиндров может быть кольцевым блоком цилиндров или комбинацией одного или нескольких блоков кольцевых цилиндров/поршней с блоками, не содержащими кольцевых цилиндров/поршней или содержащими один или несколько кольцевых цилиндров/поршней. Однако узел цилиндров должен быть сбалансирован относительно периферии предохранительного соединения.

Первый, второй и, возможно, третий блоки цилиндров могут быть размещены по периферии предохранительного соединения, снаружи, в радиальном направлении, первой и второй деталей райзера. Они могут быть равномерно распределены по периферии, причем их группы могут быть разделены одинаковыми расстояниями. Растягивающиеся в осевом направлении растяжимые стержни могут быть размещены в промежутках между различными цилиндрами. В частности, эти стержни могут находиться в промежутках между цилиндрами первого блока и иметь длину, близкую к длине первых цилиндров. Можно также расположить растяжимые стержни между вторыми цилиндрами. Второй и третий блоки цилиндров могут чередоваться на одном и том же участке периферии, а первый блок цилиндров может быть установлен в осевом направлении над или под вторым и/или третьим блоком цилиндров. Растяжимые стержни могут быть равномерно распределены по периферии или расположены в виде групп, равномерно распределенных по периферии.

При использовании райзера рассмотренные детали райзера будут формировать часть внутреннего канала в райзере, идущего от устья скважины вверх, к надводному судну. Второй блок цилиндров может иметь длину хода поршня, близкую к длине участка взаимного наложения первой и второй деталей райзера. Третий блок цилиндров может иметь близкую длину.

Согласно другому аспекту изобретения предохранительное соединение может содержать манифольд, сконфигурированный для распределения внутреннего давления в райзере между различными цилиндрами в узле цилиндров. Манифольд может содержать по меньшей мере одно средство регулирования потока, сконфигурированное с возможностью определять, в какие из цилиндров будет подаваться текучая среда. Средство регулирования потока может также регулировать расход потока в одном или обоих направлениях. Может иметься один манифольд для первого блока цилиндров, и может иметься один манифольд для второго блока цилиндров.

Согласно еще одному аспекту изобретения в одном возможном варианте с манифольдом может быть связана система, которая делает возможным частичное разрушение без потери функциональности системы предохранительного соединения в целом. Соединение для переноса внутреннего давления к цилиндрам может быть выполнено так, что оно проходит от одного, возможно кольцевого, пространства, образующего часть манифольда, воспринимая давление в райзере через мембрану, по меньшей мере к двум отдельным отверстиям, каждое из которых проходит к соответствующему ему цилиндру в одном блоке цилиндров. В отверстии, между указанным пространством и цилиндром (цилиндрами), может находиться плавающий поршень. С каждым из этих отверстий с плавающим поршнем может быть соединен один цилиндр; альтернативно, с каждым из этих отверстий с плавающим поршнем или их комбинацией может быть связана группа цилиндров. По меньшей мере один конец плавающего поршня находится внутри отверстия, герметично перекрывая его между указанным пространством и цилиндром. Могут быть предусмотрены граничные (конечные) положения для обоих концов плавающего поршня. В случае утечки из одного из цилиндров плавающий поршень для этого цилиндра будет отжат к своему конечному положению и герметично перекроет соответствующее отверстие, тогда как остальные цилиндры останутся активными и будут компенсировать давление, приложенное к растяжимым стержням. Если плавающий поршень находится в своем противоположном конечном положении, имеется возможность предотвратить проталкивание мембраны в канал райзера чистой текучей средой, находящейся в отверстии. Может использоваться также система компенсации давления без функциональности частичного разрушения. В такой системе пространство ведет к одному отверстию с плавающим поршнем, которое формирует, за плавающим поршнем, манифольд, ведущий к нескольким поршням. Плавающий поршень будет герметично перекрывать одно отверстие при своем подходе к конечному положению в отверстии, тем самым прекращая перенос давления между райзером и цилиндрами. Обе эти возможности можно рассматривать как систему с двумя барьерами; возможны также конфигурации плавающего поршня с двумя барьерами, с двумя последовательно расположенными поршнями или с двумя герметизирующими поверхностями на одном поршне. Еще одна возможность состоит в связывании пространства с несколькими отверстиями, в которых нет плавающего поршня. Однако в этом случае будет получена система с единственным барьером.

Предохранительное соединение может быть также снабжено системой для использования в сложных условиях, например в ситуациях, в которых ожидается действие на систему больших внешних усилий, т.е. требуется система, которая усиливает связи между первой и второй частями райзера и гарантирует, что растяжимые стержни останутся неповрежденными. Примером соответствующей ситуации является подъем райзерного соединения через зону заплеска волны. Система может быть построена введением отдельного узла на основе цилиндров/поршней, установленного между первой и второй деталями райзера, или, альтернативно, использованием для данной цели всех или некоторых цилиндров первого блока цилиндров, или размещением таких цилиндров между цилиндрами первого блока. Цилиндр, образующий систему для использования в сложных условиях, заполняется текучей средой и блокируется в этом состоянии. Текучая среда может удерживаться в цилиндрах посредством клапана, который может управляться дистанционно. Текучая среда может выпускаться из цилиндров в активный приемник, давление в котором составляет, например, 100 кПа, или в море. Альтернативно, можно дополнительно повысить давление текучей среды в цилиндре путем его подключения к цилиндру с повышенным давлением, составляющим, например, около 70 МПа. Данная система для использования в сложных условиях может иметь блок цилиндров, содержащий один, но предпочтительно два или более отдельных цилиндров, чтобы обеспечить дублирование в системе. В другом варианте первый блок цилиндров может быть снабжен отверстием, позволяющим приложить давление морской воды к стороне поршня, противоположной той, к которой приложено давление, существующее в райзере.

Согласно другому аспекту изобретения имеется возможность визуально наблюдать с помощью подводного аппарата с дистанционным управлением, не образовался ли в предохранительном соединении "зазор", указывающий, что был инициирован частично активированный режим и что райзер следует безопасно отсоединить от устья скважины и поднять его на поверхность для обслуживания и установки новых растяжимых стержней. При этом предохранительное соединение возвращают в его исходное состояние. Можно также предусмотреть мониторинг зазора, например, чтобы дать сигнал оператору, если запустится первый этап (частично активированный режим) разделяющего узла. Этот сигнал может быть передан оператору дистанционно или любым другим удобным образом.

Согласно одному аспекту можно сконфигурировать второй блок цилиндров для компенсации внутреннего давления на растяжимые стержни в течение всего функционирования, т.е. в неактивированном, частично активированном и полностью активированном режимах, так что первый блок цилиндров будет не нужен. В этом варианте возможно наличие также третьих цилиндров, но можно себе представить и функционирование соединения без их использования.

Согласно другим аспектам изобретения предохранительное соединение может быть дополнительно снабжено стеклянным элементом и разбивающей системой, которая, в случае растяжения предохранительного соединения до заранее определенной длины, инициирует разбивание стеклянного элемента и, тем самым, разделение двух деталей райзера в составе предохранительного соединения. Может использоваться, в частности, стеклянный элемент в форме разрывающегося диска, сконфигурированного для