Заглушка для перекрытия аварийного отверстия трубопровода

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройству, предназначенному для экстренной ликвидации утечки нефтяных, водных, газовых и других веществ из аварийного отверстия трубопровода. Устройство для перекрытия аварийного отверстия трубопровода представляет собой заглушку, включающую шток, выполненный из жесткого твердого или гибкого упругого материала, на одном конце которого расположена цилиндрическая щетка, щетина или ворс цилиндрической щетки включает гибкий, упругий материал, выполненный, например, из отрезков металлической проволоки, закрепленной радиально вокруг поверхности штока. При этом шток заглушки может быть выполнен монолитным или пустотелым, в виде трубы со сквозным отверстием. Причем сквозное отверстие штока с противоположной от цилиндрической щетки стороны оборудовано запорным устройством, выполняющим роль задвижки или вентиля. Достигается простота конструкции устройства, повышается надежность перекрытия аварийного трубопровода с возможностью сбора вытекающего флюида, а также сокращается время на проведение монтажных работ устройства как на поверхности суши, так и в труднодоступных, глубоководных районах. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Устройство предназначено для экстренной ликвидации утечки нефтяных, водных, газовых и других веществ из аварийного отверстия трубопровода и служит для использования в области чрезвычайных ситуаций, вызванных взрывом, разрывом или изломом участка трубы транспортного трубопровода, функционирующего в сложных условиях, например в условиях подводной среды.

Одной из причин возникновения таких ситуаций является, например, взрыв или пожар на нефтедобывающей платформе. В этой ситуации поверхность аварийного отверстия трубопровода, расположенного в районе морского дна, накрывают жестким или мягким сводом, выполненным в виде опрокинутого стакана или купола парашюта, соединенного с водной поверхностью с помощью жесткого или мягкого канализационного устройства (например трубы или шланга), через которое осуществляют сбор и подъем нефти на поверхность акватории с целью дальнейшей ее утилизации (см. например WО82/01387 от 29.04.1982).

Прототипы, существующие на техническом уровне в процессе монтажа и установки их устройств, требуют больших материальных затрат и большого количества рабочего времени, не гарантируют надежной их эксплуатации и не обеспечивают сбора и утилизации всего объема вытекающей из аварийной скважины нефти. На полную ликвидацию аварийного выброса газонефтепродуктов из аварийной скважины, расположенной на дне акватории, уходит несколько недель или месяцев драгоценного времени.

Заявитель предлагает мобильное устройство заглушки, которое за считанные часы обеспечивает полную ликвидацию самопроизвольного выброса, например, нефти или другого жидкого или (и) газообразного вещества из аварийного отверстия трубопровода, расположенного практически на любой глубине, позволяет включить в устройство задвижку (вентиль), что позволит при необходимости продолжить отбор нефти из аварийной скважины в рабочем управляемом режиме.

За принцип действия заявляемой заглушки заявителем взят эффект высохшей еловой шишки, которую со стороны плодоножки несложно запрессовать в цилиндрическое отверстие, но без специальных инструментов практически обратно извлечь невозможно. С увеличением длины такого объекта, запускаемого в практически неограниченную глубину отверстия, многократно возрастает и величина силы сопротивления ее обратному выбросу.

Если на ботаническом уровне аналогом условно можно считать древесную шишку, то на техническом уровне аналогов предлагаемому устройству заглушки для аварийного отверстия трубопровода заявителем не найдено.

Сущностью заявляемого устройства является то, что заглушка для перекрытия аварийного отверстия трубопровода включает шток, выполненный из жесткого твердого или гибкого упругого материала, на одном конце которого расположена цилиндрическая щетка, щетина или ворс цилиндрической щетки включает гибкий, упругий материал, выполненный, например, из отрезков металлической проволоки, закрепленной радиально вокруг поверхности штока.

Сущностью является то, что шток заглушки выполнен монолитным или пустотелым, в виде трубы со сквозным отверстием.

Сущностью является то, что сквозное отверстие штока с противоположной от цилиндрической щетки стороны оборудовано запорным устройством, выполняющим роль задвижки или вентиля.

На фиг.1 прилагаемых чертежей изображено устройство заглушки 1, которое включает шток 2 и расположенную на нем цилиндрическую щетку 3, состоящую из щетины или ворса 4.

На фиг.2 изображены варианты:

A) установки заглушки с гибким упругим штоком 2 в рваное аварийное отверстие 5 трубопровода 6;

B) установки заглушки в рваное отверстие, края которого предварительно с помощью взрывного устройства раздвинуты по периметру в виде розетки распускающегося цветка;

C) установки заглушки в отверстие, имеющее ровный поперечный срез;

D) установки заглушки, щетина или ворс которой предварительно наклонен в направлении, противоположном движению заглушки, и временно зафиксирован в таком положении с помощью чехла 7 или с помощью иного способа;

E) окончательного положения заглушки, полностью перекрывшей аварийное отверстие.

На фиг.3 изображен вариант установки заглушки с пустотелым штоком, оснащенным запорным устройством 8, выполняющим роль вентиля или иной задвижки, шток заглушки оснащен пустотелым устройством 9, выполняющим роль понтона, к которому для подачи сжатого воздуха подведен шланг 10. К отверстию пустотелого штока подведен шланг 11 для подачи дисперсионно подобной жидкости. Шток оснащен упором 12, который ограничивает глубину погружения заглушки в аварийное отверстие.

На фиг.4 показано поступление дисперсионно подобной жидкости 13 в область расположения ворса или щетины заглушки, а также изображено устройство упора 12, ограничивающего глубину погружения заглушки и одновременно выполняющего роль дополнительной пробки для аварийного отверстия трубопровода.

Устанавливают заглушку в аварийное отверстие трубопровода с помощью глубоководного батискафа или других подводных манипуляторов, или (и) ее опускают с борта надводного плавсредства (см. фиг.3) на тросе и устанавливают в аварийное отверстие, например под наблюдением видеокамер, или заглушку опускают и регулируют скорость и глубину ее погружения без корабельного троса в автономном режиме с помощью пустотелого устройства 9, выполняющего роль понтона и балласта последовательно. Снижая давление воздуха в пустотах устройства 9 с помощью шланга 10, постепенно уменьшают его положительную плавучесть и создают отрицательную плавучесть в момент захода заглушки в аварийное отверстие. В момент ввода заглушки в аварийное отверстие запорное устройство 8 находится в открытом положении, что значительно уменьшает встречное сопротивление выбрасываемого из аварийного трубопровода вещества. После того, когда заглушка погружена в аварийное отверстие на заданную глубину, с помощью запорного устройства 8 перекрывают сквозное отверстие штока 2. Под напором встречного потока выбрасываемого вещества гибкий проволочный ворс 4 упруго упирается в цилиндрическую поверхность аварийного отверстия и заклинивает заглушку внутри трубопровода. Чем больше продольная величина цилиндрической щетки заглушки, тем выше результат заклинивания.

В случае необходимости возобновления отбора вещества из аварийного трубопровода, например нефти из аварийной скважины, из пустотелого устройства 9 с помощью воздуха, пропускаемого через шланг 10, вытесняют воду (балласт), устройство 9 приобретает положительную плавучесть и начинает удерживать шток 2 в вертикальном положении. После этого к верхнему отверстию штока 2 присоединяют дополнительный, например гибкий, трубопровод, другой конец которого соединяют с емкостью, расположенной на поверхности акватории, после чего открывают запорное устройство 8 и начинают отбор нефти в рабочем, управляемом режиме.

Заявляемое устройство обладает целым рядом следующих, дополнительных степеней защиты окружающей среды, позволяющих создавать положительный результат его использования даже в случае конструктивных его недоработок или при возникновении других нештатных ситуаций.

а) Например, возникновение эффекта кристаллизации, отрицательно повлиявшего на отбор нефти из аварийной скважины фирмы «Бритиш Петролеум» в Мексиканском заливе, в предлагаемом устройстве выльется в дополнительный положительный эффект. Если нефтегазовая смесь проникает в ворс цилиндрической щетки, возникший эффект кристаллизации окончательно блокирует мельчайшую утечку.

б) Чтобы исключить мельчайшие утечки, между упругим гибким ворсом 4 располагают мягкий, например синтетический, масло-теплостойкий материал, выполненный или в виде отдельных волокон, или в виде тканевых колец, расположенных в расчетном порядке совместно с ворсом 4 цилиндрической щетки.

в) В случае необходимости, микроутечку всегда можно перекрыть с помощью дисперсионно подобной жидкости 13 (фиг.4), которую подают с поверхности акватории через шланг 11 (фиг.3) и продольное отверстие штока 2 в область цилиндрической щетки, и в случае наличия микропор в ее ворсе дисперсионно подобная жидкость окончательно их закупоривает.

г) В случае возникновения необходимости упор 12 выполняют на штоке в виде пробки 12 (фиг.4), которая под тяжестью устройства 9 запрессовывается в аварийное отверстие.

Если цилиндрическая щетка выполнена достаточной длины, а ее ворс выполнен с максимальной плотностью, такая заглушка обеспечивает необходимый результат без применения дополнительных, вышеперечисленных степеней защиты окружающей среды.

В случае консервации аварийной скважины шток 2 может быть выполнен без продольного отверстия, а устройство 9 может быть выполнено монолитным.

Для захода заглушки в рваное отверстие 5 (фиг.2A) ее шток выполняют из гибкого материала.

В случае невозможности ввода заглушки в деформированное отверстие используют способ расчистки завалов аварийного трубопровода с помощью одного или нескольких взрывных устройств. Для этого с помощью взрывов направленного действия сначала (если существует необходимость) удаляют консольные обломки трубопровода, взрывчатое устройство рассчитанной мощности погружают в аварийное отверстие на расчетную глубину, после чего осуществляют его подрыв. Мощность взрыва развернет края трубы аварийного отверстия в стороны, противоположные эпицентру взрыва, и тем самым образует входное отверстие, аналогичное розетке раскрывшегося цветка (фиг.2B), что создаст идеальные условия для ввода заглушки в аварийное отверстие. Если один взрыв не обеспечит необходимые условия, его повторяют с помощью более мощного заряда. На (фиг.2C) изображен вход заглушки в отверстие, обработанное механическим или электрическим способами. На фиг.2D изображена заглушка, ворс которой с целью уменьшения встречного сопротивления предварительно прижат к поверхности штока, например, с помощью съемного чехла 7 или зафиксирован в таком положении с помощью вещества, быстро растворяющегося или размягчающегося в окружающей заглушку среде. В этом случае заглушка с минимальным сопротивлением вводится в аварийное отверстие, чехол, с помощью элементарного крючка зацепляется задней кромкой за вход в аварийное отверстие, останавливается, а заглушка через переднее торцовое отверстие чехла продолжает движение в глубину аварийного отверстия, ее гибкий и упругий ворс, по мере выхода из чехла, выпрямляется и заклинивается внутри аварийного отверстия. Или материал чехла, или склеивающее ворс вещество под воздействием температуры или иных условий, например, присутствующих в нефтегазовой смеси, быстро растворяется или размягчается, упругий материал ворса быстро выпрямляется и также быстро заклинивает заглушку в аварийном отверстии (фиг.2E).

Устройство заглушки, выполненное из высококачественных масловодостойких материалов, надежно блокирует утечку транспортируемого вещества в окружающее пространство.

Устройство способно обеспечивать заданный результат не только в водной, но и в воздушной среде и надежно блокировать произвольный выброс из аварийного трубопровода не только нефтегазовых продуктов, но и любых других жидких и газообразных веществ.

1. Заглушка для перекрытия аварийного отверстия трубопровода включает шток, выполненный из жесткого твердого или гибкого упругого материала, на одном конце которого расположена цилиндрическая щетка, щетина или ворс цилиндрической щетки включает гибкий упругий материал, выполненный, например, из отрезков металлической проволоки, закрепленной радиально вокруг поверхности штока.

2. Заглушка по п.1, характеризующаяся тем, что ее шток выполнен монолитным или пустотелым, например, в виде трубы со сквозным отверстием.

3. Заглушка по п.2, характеризующаяся тем, что ее пустотелый шток с противоположной от цилиндрической щетки стороны включает запорное устройство, выполняющее роль задвижки или вентиля.