Разделяющийся цилиндровый узел

Разделяющийся цилиндровый узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к разделяющемуся цилиндровому узлу и к цилиндровому узлу, снабженному механизмом освобождения (разделения).

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, вызываемого 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 разделяющегося цилиндрового узла и цилиндрового узла с механизмом разделения, которые могут применяться в ситуациях, когда представляется желательным быстро и безопасно рассоединить цилиндр, возможно, с целью расширения набора операционных возможностей.

Разделяющийся цилиндровый узел и/или цилиндровый узел с механизмом разделения согласно изобретению могут быть применены в предохранительном соединении, которое ослабляет проблемы, связанные с известными слабыми звеньями. При этом использование разделяющегося цилиндрового узла и/или цилиндрового узла с механизмом разделения обеспечивает более широкие операционные возможности по сравнению с известными предохранительными соединениями. Разделяющийся цилиндровый узел и цилиндровый узел с механизмом разделения могут иметь и другие области применения, в которых требуется безопасно и быстро снять внутреннее давление в цилиндре. Таким цилиндром может быть любой из цилиндров, используемых в различных применениях, связанных с райзерами.

Соответственно, изобретение относится к разделяющемуся цилиндровому узлу и к цилиндровому узлу с механизмом разделения, которые могут быть использованы в предохранительном соединении, преимущественно в предохранительном соединении, обеспечивающем 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 указанного предохранительного соединения 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.

Данное предохранительное соединение 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.

Как отмечено выше, разделяющийся цилиндровый узел и/или цилиндровый узел с механизмом разделения согласно изобретению могут входить в состав предохранительного соединения, но это не является обязательным условием осуществления изобретения.

Изобретение предлагает разделяющийся цилиндровый узел, в котором по меньшей мере один цилиндр снабжен поршнем, находящимся внутри цилиндра, и головкой цилиндра, перекрывающей один конец цилиндра с образованием камеры между ней и поршнем. Цилиндр может быть выполнен с возможностью создавать, при нахождении поршня в определенном положении внутри цилиндра, утечку текучей среды от одной стороны поршня на другую его сторону. Имеются также отделяющие средства для последующего управляемого отделения от цилиндра его головки.

Согласно одному варианту разделяющегося цилиндрового узла поршень может быть снабжен штоком поршня. В этом варианте перемещение поршня включает перемещение штока поршня. В одном варианте утечка через поршень создается, когда поршень отводится от своего герметизирующего положения внутри цилиндра. Такое отведение может иметь место, когда поршень перемещается в положение, при котором открывается обходной проход в цилиндре и/или в поршне. В другом варианте разделяющегося цилиндрового узла поршень может быть смещен с отведением от своего герметизирующего положения, в котором он прижат к герметизирующей поверхности в цилиндре.

Альтернативное решение задачи получения желательной утечки в цилиндре заключается в формировании цилиндра с различными значениями внутреннего диаметра по длине цилиндра, так что поршень может быть перемещен в положение, в котором внутренний диаметр цилиндра превышает диаметр поршня, что приведет к появлению зазора между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра, т.е. к возможности утечки текучей среды от одной стороны поршня к другой.

В одном варианте разделяющегося цилиндрового узла отделяющие средства могут содержать разделяющую часть поршня и пальцы, соединенные с головкой цилиндра и взаимодействующие со стенкой цилиндра, чтобы блокировать головку цилиндра внутри цилиндра. В этом варианте при дальнейшем отведении поршня от герметизирующей поверхности разделяющая часть может, при своем взаимодействии с указанными пальцами, заставить их выйти из блокирующего контакта со стенкой цилиндра и обеспечить, тем самым, отделение от цилиндра его головки.

В другом варианте разделяющегося цилиндрового узла взаимодействие между пальцами и разделяющей частью может обеспечить возможность отведения поршня, штока поршня и головки цилиндра от герметизирующей поверхности и, тем самым, возможность отделения от цилиндра его головки.

Еще в одном варианте разделяющегося цилиндрового узла поршень с разделяющей частью может быть перемещен для взаимодействия с пальцами, причем при движении разделяющей части к пальцам утолщенная часть штока поршня выводится из блокирующего контакта с пальцами.

В другом варианте пальцы могут быть выполнены с возможностью гибко отгибаться внутрь при их взаимодействии с разделяющей частью.

В одном варианте разделяющегося цилиндрового узла блокирующее воздействие утолщенной части штока поршня может блокировать пальцы в контакте с взаимно дополнительными по отношению к ним фиксирующими выступами, имеющимися в цилиндре. При этом пальцы могут быть сформированы с фиксирующими выступами, образующими часть их наружной поверхности.

В другом варианте разделяющегося цилиндрового узла инициирование перемещения штока и, следовательно, поршня может обеспечиваться деформированием растяжимых стержней, подсоединенных между двумя деталями райзера. Дальнейшее растягивание стержней может обеспечить перемещение поршня, приводящее к активированию и освобождению отделяющих средств.

Изобретение относится также к цилиндровому узлу с механизмом разделения. Данный цилиндровый узел содержит цилиндр с поршнем, находящимся внутри цилиндра и подсоединяемым к штоку поршня, и головку цилиндра, перекрывающую один конец цилиндра с образованием камеры между поршнем и головкой цилиндра. Головка цилиндра снабжена пальцами, которые ориентированы в осевом направлении, способны гибко отгибаться в радиальном направлении внутрь и приведены, посредством утолщенной части штока поршня, в блокирующее сопряжение со стенкой цилиндра. Шток поршня дополнительно снабжен разделяющей частью, расположенной на расстоянии от утолщенной части и сконфигурированной для взаимодействия с пальцами таким образом, что при перемещении поршня к положению освобождения пальцев и перемещении штока поршня в осевом направлении относительно цилиндра утолщенная часть штока выйдет из блокирующего взаимодействия с пальцами. При дальнейшем перемещении штока поршня разделяющая часть вступит во взаимодействие с пальцами, что приведет пальцы к отгибанию радиально внутрь с выведением их из сопряжения с цилиндром для обеспечения отделения от цилиндра его головки.

В одном варианте цилиндрового узла с механизмом разделения утолщенная и разделяющая части штока поршня выполнены, как часть штока, выполненная отдельно от поршня или той части штока поршня, которая прикреплена к поршню, и способная оставаться в неизменном положении до того, как поршень продвинется в положение, в котором он начнет взаимодействовать с этой отдельной частью штока поршня и переместит ее относительно цилиндра, обеспечив, в результате, отделение головки цилиндра.

Предохранительное соединение содержит:

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, а

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.

Разделяющийся цилиндровый узел и цилиндровый узел с механизмом разделения согласно изобретению могут быть использованы с одним или несколькими цилиндрами из узла цилиндров, входящего в состав уже упоминавшегося предохранительного соединения, которое будет подробно описано далее. При этом узел цилиндров может быть выполнен также с возможностью увеличения усилий, противодействующих разделению первой и второй деталей райзера в полностью активированном режиме.

Предохранительное соединение 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 одному варианту 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 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 создания 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.

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.

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 ко 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 варианту 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 одному варианту 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.

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 варианту 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 варианту 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.

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.

Может быть предусмотрена также манифольдная система, сконфигурированная для распределения текучей среды от источника давления по меньшей мере к двум цилиндрам в узле цилиндров. В одном в