Способ и установка для соединения жесткой подводной трубы и гибкой подводной трубы

012707 Настоящее изобретение относится к способу соединения жесткой подводной трубы и гибкой подводной трубы и к установке, пригодной для использования этого способа соединения. Эти подводные трубы предназначены для транспортировки углеводородов в морской среде и, в частности, для перемещения углеводородов между установкой, установленной на морском дне, и поверхностной морской установкой, например платформой, расположенной на поверхности морской среды. Жесткая подводная труба проходит по морскому дну от подводной установки и оканчивается свободным соединительным концом. Со своей стороны гибкая подводная труба имеет потоковый участок,который лежит на морском дне, и подвесной участок, который предназначен для соединения с поверхностной установкой. Потоковый участок оканчивается входным концом, который соединен со свободным соединительным концом таким образом, что подвесной участок пролегает в виде цепной линии, нависающей над свободным соединительным концом. Кроме того, установка содержит средство закрепления для удержания потокового участка закрепленным на морском дне в месте закрепления потокового участка таким образом, чтобы позволить этому потоковому участку формировать волнообразный участок, отделенный от морского дна между точкой закрепления и подвесным участком с тем, чтобы не допустить воздействия потокового участка на морское дно при флуктуациях положения поверхностной установки по вертикали. В частности, можно сослаться на документ FR 2746977, в котором описана такая установка. Однако при некоторых рабочих условиях колебания температуры извлеченного углеводорода приводят к продольным деформациям жесткой трубы и в результате - к перемещению свободного соединительного конца. Следовательно, потоковый участок гибкой трубы, который лежит между свободным соединительным концом жесткой трубы и точкой крепления, может переместиться относительно морского дна, что вызывает, с одной стороны, ее внутреннюю продольную деформацию, а, с другой стороны, ее истирание. Тем самым ускоряется износ этого потокового участка. Кроме того, потоковый участок гибкой трубы, который имеет вид цепной линии, оказывает продольное тянущее воздействие на указанную жесткую трубу у ее свободного соединительного конца. Когда же жесткая труба сжимается, в частности когда прекращается поток углеводородов и труба остывает,силы сжатия противодействуют тянущим силам, создаваемым гибкой трубой, так что имеется риск повреждения жесткой трубы. Хотя ранее в случае подводных установок, находящихся на небольшой и средней глубине, можно было легко исправить поврежденную жесткую трубу, выполнение таких работ становится нереальным в случае подводных установок, находящихся на очень больших глубинах. В связи с этим возникает задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключающаяся в том, чтобы предложить способ соединения, который позволяет справиться с вышеуказанным недостатками и, в частности, позволяет не допускать проведения работ на большой глубине. С целью решения этой задачи в настоящем изобретении предлагается согласно первому объекту способ соединения жесткой подводной трубы и гибкой подводной трубы, причем указанные подводные трубы предназначены для транспортировки углеводородов в морской среде между подводной установкой, установленной на морском дне, и поверхностной морской установкой, расположенной на поверхности указанной морской среды, при этом указанная жесткая подводная труба пролегает на указанном морском дне от указанной подводной установки и заканчивается свободным соединительным концом, указанная гибкая подводная труба имеет потоковый участок, пролегающий вблизи указанного морского дна,и подвесной участок, предназначенный для соединения с указанной поверхностной морской установкой,указанный потоковый участок оканчивается входным концом, причем указанный способ соединения относится к типу, согласно которому указанный входной конец и указанный свободный соединительный конец соединены посредством прокладывания указанного подвесного участка в виде цепной линии таким образом, что он находится, по существу, на одной линии вблизи указанного свободного соединительного конца и посредством закрепления указанного потокового участка к указанному морскому дну в точке закрепления указанного потокового участка, чтобы указанный потоковый участок мог образовывать деформируемый волнообразный изгиб; и в соответствии с этим способом обеспечивается образование указанного волнообразного изгиба между указанной точкой закрепления и указанным свободным соединительным кольцом с тем, чтобы обеспечить возможность относительного перемещения указанного свободного соединительного конца относительно указанной точки закрепления и деформацию указанного волнообразного изгиба. Таким образом, одна особенность изобретения заключается в использовании волнообразного изгиба потокового участка гибкой трубы между точкой закрепления и свободным соединительным концом жесткой трубы, когда по жесткой трубе течет горячий углеводород и она удлиняется, причем точка закрепления, очевидно, находится по своей природе в фиксированном положении на средней плоскости, образованной морским дном. Тем самым продольные и поперечные колебания жесткой трубы, которые происходят из-за неравномерного течения горячего углеводорода в этой трубе и(или) из-за колебаний давления и которые вызывают возвратно-поступательное перемещение трубы и, следовательно, свободного соединительного конца на морском дне, например, с амплитудой порядка метра, передаются волнообразному потоковому участку, радиус кривизны которого при этом существенно изменяется, не влияя на-1 012707 целостность этого потокового участка. Таким образом, жесткая труба свободно деформируется без какого-либо напряжения и отсутствует риск ее повреждения, а потому отпадает необходимость в проведении работ по ее ремонту. Кроме того, этот способ легко применять, и он требует только одного соединения между гибкой трубой и жесткой трубой, что делает его привлекательным с экономической точки зрения. Кроме того, и в соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения, указанная точка закрепления соединена, например, с анкерной сваей, установленной рядом с указанной жесткой трубой, посредством гибкой анкерной оттяжки с тем, чтобы сделать соединение более простым. Поскольку,в частности, для формирования волнообразного изгиба достаточно проложить гибкую трубу, по существу, асимптотическим образом между свободным соединительным концом и поверхностной установкой,затем соединить с оттяжкой, анкерной сваей, при этом точка закрепления расположена на расстоянии от морского дна, а затем опустить гибкую трубу в направлении морского дна еще ниже так, что между точкой закрепления потокового участка и анкерной сваей образуется волнообразный изгиб. Однако согласно другому альтернативному варианту сначала перед вводом в эксплуатацию установки укладывают вдоль гибкой трубы оттяжку, так что волнообразный изгиб образуется только тогда,когда жесткая труба удлиняется под действием потока горячего углеводорода. Поскольку в действительности жесткая труба изначально имеет минимальную длину. Согласно предпочтительному варианту указанный потоковый участок, образующий волнообразный изгиб, снабжен ограничителями кривизны, расположенными на потоковом участке между свободным соединительным концом и точкой закрепления, для ограничения кривизны указанного волнообразного изгиба и, в частности, для обеспечения равномерности изгиба и недопущения перегибов. Предпочтительно в случае, когда ограничители кривизны представляют собой муфты, которые окружают потоковый участок, указанный волнообразный изгиб формируется, по существу, в горизонтальной плоскости, так что муфты могут при необходимости лежать на морском дне и защищать гибкую трубу от истирания. Согласно другому варианту выполнения указанный волнообразный изгиб формируется, по существу, в вертикальной плоскости посредством снабжения указанного потокового участка буями, и тем самым не допускается какое-либо соприкосновение с морским дном и при этом обеспечивается равномерное изменение радиуса кривизны потокового участка. Согласно еще одному объекту в настоящем изобретении предлагается установка для соединения жесткой подводной трубы и гибкой подводной трубы, причем указанные подводные трубы предназначены для транспортировки углеводородов в морской среде между подводной установкой, установленной на морском дне, и поверхностной морской установкой, расположенной на поверхности указанной морской среды, при этом указанная жесткая подводная труба пролегает на указанном морском дне от указанной подводной установки и оканчивается свободным соединительным концом, а указанная гибкая подводная труба имеет потоковый участок, лежащий вблизи указанного морского дна, и подвесной участок, предназначенный для соединения с указанной поверхностной морской установкой, причем указанный потоковый участок оканчивается входным концом, указанный входной конец и указанный свободный соединительный конец соединены таким образом, что указанный подвесной участок пролегает в виде цепной линии, находящейся, по существу, на одной линии с указанным свободным соединительным концом,указанная установка содержит средства закрепления для закрепления указанного потокового участка на указанном морском дне в точке закрепления указанного морского дна и тем самым для обеспечения формирования деформируемого волнообразного изгиба на указанном потоковом участке; согласно изобретению указанные средства закрепления выполнены с возможностью удержания указанной точки закрепления на расстоянии и вблизи указанного свободного соединительного конца для обеспечения формирования указанного волнообразного изгиба между указанной точкой закрепления и указанным свободным соединительным концом. Как будет более подробно рассмотрено ниже, указанные средства закрепления предпочтительно содержат крепежный элемент, установленный на указанном потоковом участке в указанной точке закрепления, и анкерную сваю, установленную вдоль указанной жесткой трубы, и указанный крепежный элемент соединен с указанной анкерной сваей посредством оттяжки, например, при использовании вышеуказанного способа установки, для облегчения формирования указанного волнообразного изгиба. Кроме того, предпочтительно, чтобы потоковый участок, образующий волнообразный изгиб, был снабжен ограничителями кривизны или содержал множество буев, установленных один за другим на указанном потоковом участке между указанной точкой закрепления и указанным свободным соединительным концом, для формирования указанного волнообразного изгиба, по существу, в вертикальной плоскости, что позволяет получить, по существу, равномерную кривизну и, кроме того, отделить потоковый участок от морского дна и не допустить истирания. Другие признаки и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания конкретного варианта выполнения изобретения, приведенного в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в том числе: фиг. 1 - частичный схематический вид соединительной установки в соответствии с первым вариантом по изобретению;-2 012707 фиг. 2 А - частичный схематический вид в продольном сечении элемента соединительной установки согласно второму варианту и в первом положении; фиг. 2 В - частичный схематический вид элемента, приведенного на фиг. 2 А, во втором положении. На фиг. 1 схематически приведены в вертикальном разрезе морская среда, имеющая поверхность 10 и дно 12; установленная на дне 12 подводная установка 14, предназначенная для извлечения углеводорода, и поверхностная установка 16, предназначенная для сбора и хранения углеводорода. Между подводной установкой 14 и поверхностной установкой 16 расположены жесткая труба 18, которая пролегает на морском дне 12 от подводной установки 14, и гибкая труба 20, которая соединена с жесткой трубой 18 посредством входного конца 19 и является ее продолжением и которая соединена с поверхностной установкой 16, и вместе они обеспечивают сбор углеводорода. Жесткая труба 18 имеет свободный соединительный конец 22 и способна продольно деформироваться вследствие колебаний давления углеводорода и(или) температуры трубы, вызванных колебаниями в протекании углеводорода, температура которого выше температуры морской среды у морского дна 12. Следовательно, свободный соединительный конец 22 способен во время работы подводной установки 14 перемещаться с амплитудами порядка одного метра. Чтобы преодолеть проблему, связанную с этими изменениями размеров, вдоль жесткой трубы 14 позади свободного соединительного конца 22 установлена, в частности, анкерная свая 24, в точке закрепления 28 гибкой трубы 20 установлен крепежный элемент 26, и когда гибкая труба 20 опускается в морскую среду, согласно конкретному варианту выполнения, крепежный элемент 26 и анкерная свая 24 соединены посредством натянутой оттяжки 30, образующей трос, при этом потоковый участок 32 гибкой трубы 20 ложится дугой между входным концом 19, расположенным на морском дне 12, и точкой закрепления. Кроме того, и заранее, этот дугообразный потоковый участок 32 снабжается буями 34, расположенными, по существу, на равном расстоянии друг от друга между входным концом 19 и точкой 28 закрепления. Затем в процессе установки, когда гибкая труба 20 продолжает раскручиваться на морском дне 12,точка 28 закрепления стремится оставаться на одном месте на морском дне 12, сохраняя постоянное расстояние от анкерной сваи 24 благодаря оттяжке 30, которая ее удерживает, так что потоковый участок 32,снабженный буями 34, естественным образом направляется к поверхности 10, образуя волнообразный изгиб 38, поскольку длина трубы, являющейся гибкой, больше длины оттяжки 30. Волнообразный изгиб 38 образуется напротив морского дна, по существу, в вертикальной плоскости, как показано на фиг. 1. Соответственно, поскольку точка 28 закрепления удерживается на фиксированном расстоянии от анкерной сваи 24, задаваемом жесткой трубой 18 и оттяжкой 30, любое продольное перемещение жесткой трубы 18 и, следовательно, свободного соединительного конца 22 перемещает также входной конец 19 гибкой трубы 20, которая в свою очередь вызывает деформацию волнообразного изгиба 38 потокового участка 32 и изменение его радиуса кривизны в отсутствие контакта с морским дном 12 и, следовательно, в отсутствие возможности истирания. Кроме того, поскольку свободный соединительный конец 22 жесткой трубы 19 является свободным из-за того, что гибкая труба закреплена на морском дне 12 и ее потоковый участок 32 изгибается и может деформироваться, в нем поэтому не создается никаких напряжений, и он не может повредиться при перемещении назад. Согласно второму варианту потоковый участок 32', часть которого в увеличенном виде приведена на фиг. 2 А и 2 В, снабжен ограничителями 40 кривизны, содержащими трубчатые муфты 41 и трубчатые элементы 42, образующие скобы, предназначенные для соединения трубчатых муфт 41 друг с другом. Трубчатые муфты 41, закрепленные на потоковом участке 32', имеют на каждом из своих концов радиальный выступ 44, и они установлены один за другим вдоль потокового участка 32', причем радиальные выступы 44 обращены друг к другу. Кроме того, трубчатые элементы 42 имеют на каждом своем конце суженную часть 46, подходящую для вступления в зацепление вокруг трубчатых муфт 41 позади радиального выступа 44. Таким образом, трубчатый элемент 42 имеет два конца, суженная часть 46 которых обхватывает, соответственно, трубчатую муфту 41 для соединения двух соседних трубчатых муфт 41,окружая и полностью покрывая потоковый участок 32'. Таким образом, множество трубчатых муфт и трубчатых элементов, установленных вместе вокруг потокового участка 32', позволяет создать сочлененный кожух, который одновременно защищает и может ограничивать кривизну. Таким образом, как показано на фиг. 2 В, когда потоковый участок 32' изгибается, в то время как суженные части 46 концов трубчатых элементов 42 опираются друг на друга контактным участком своей окружности, находясь между радиальными выступами 44 одной и той же трубчатой муфты 41, их соответствующие диаметрально противоположные части начинают упираться в радиальные выступы 44. Следовательно, кривизна потокового участка 32' ограничена и не может быть меньше заданного радиуса кривизны. Оснащенный таким образом потоковый участок 32', необязательно снабженный буями, может затем сформировать волнообразный изгиб и при этом по-прежнему лежать на морском дне, будучи защищенным трубчатыми элементами 42, которые со своей стороны находятся в непосредственном контакте с морским дном 12 и лежат на нем. Таким образом, колебания размеров жесткой трубы 18 вызовут скорее-3 012707 всего деформацию волнообразного изгиба, образованного потоковым участком 32', который лежа на морском дне 12, с одной стороны, защищен от истирания трубчатыми элементами 42, а с другой стороны, защищен от чрезмерных перегибов благодаря взаимодействию трубчатых элементов 42 и трубчатых муфт 41. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ соединения жесткой подводной трубы (18) и гибкой подводной трубы (20), причем указанные подводные трубы предназначены для транспортировки углеводородов в морской среде между подводной установкой (14), установленной на морском дне (12), и поверхностной морской установкой(16), расположенной на поверхности (10) указанной морской среды, причем указанная жесткая подводная труба (18) пролегает на указанном морском дне (12) от указанной подводной установки (14) и оканчивается свободным соединительным концом (22), а указанная гибкая подводная труба (20) имеет потоковый участок (32), пролегающий вблизи указанного морского дна (12), и подвесной участок, предназначенный для соединения с указанной поверхностной морской установкой (16), причем указанный потоковый участок (32) оканчивается входным концом (19), при этом указанный способ соединения относится к типу соединений, в соответствии с которым указанный входной конец (19) и указанный свободный соединительный конец (22) соединены посредством прокладки указанного подвесного участка в виде цепной линии, находящейся, по существу, на одной линии с окрестностью указанного свободного соединительного конца, и посредством поддержания указанного потокового участка (32) закрепленным на указанном морском дне (12) в точке (28) закрепления указанного потокового участка, чтобы позволить указанному потоковому участку образовать деформируемый волнообразный изгиб (38); отличающийся тем,что обеспечивается жесткая труба (18), которая может продольно деформироваться, в результате чего указанный свободный соединительный конец (22) скользит по указанному морскому дну, и при этом обеспечивается формирование указанного волнообразного изгиба между указанной точкой (28) закрепления и указанным свободным соединительным концом (22) так, чтобы обеспечить относительное перемещение указанного свободного соединительного конца относительно указанной точки (28) закрепления и деформацию указанного волнообразного изгиба. 2. Способ соединения по п.1, отличающийся тем, что указанная точка (28) закрепления соединена с анкерной сваей (24), установленной вдоль указанной жесткой трубы (18), при помощи гибкой оттяжки(30). 3. Способ соединения по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный потоковый участок (32), образующий волнообразный изгиб (38), снабжен ограничителями кривизны для ограничения сгибания указанного волнообразного изгиба (38). 4. Способ соединения по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный волнообразный изгиб (38) образуется, по существу, в горизонтальной плоскости. 5. Способ соединения по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный волнообразный изгиб (38) образуется, по существу, в вертикальной плоскости посредством снабжения указанного потокового участка буями (34). 6. Установка для соединения жесткой подводной трубы (18) и гибкой подводной трубы (20), причем указанные подводные трубы предназначены для транспортировки углеводородов в морской среде между подводной установкой (14), установленной на морском дне (12), и поверхностной морской установкой (16), расположенной на поверхности указанной морской среды, указанная жесткая подводная труба (18) пролегает на указанном морском дне (12) от указанной подводной установки (14) и оканчивается свободным соединительным концом (22), причем указанная гибкая подводная труба (20) имеет потоковый участок (32), пролегающий вблизи указанного морского дна, и подвесной участок, предназначенный для соединения с указанной поверхностной морской установкой (16), причем указанный потоковый участок (32) оканчивается входным концом (19), при этом указанный входной конец (19) и указанный свободный соединительный конец (22) соединены таким образом, что указанный подвесной участок пролегает в виде цепной линии, по существу, на одной линии с окрестностью указанного свободного соединительного конца, при этом указанная установка содержит средства (26, 24, 30) закрепления для удержания указанного потокового участка (32) закрепленным на указанном морском дне (12) в точке (28) закрепления указанного морского дна так, чтобы позволить указанному потоковому участку образовать деформируемый волнообразный изгиб (38); отличающаяся тем, что указанная жесткая труба (18) может продольно деформироваться, в результате чего указанный свободный соединительный конец (22) скользит по указанному морскому дну, и тем, что указанные средства закрепления подходят для удержания указанной точки (26, 24, 30) закрепления на расстоянии и вблизи указанного свободного соединительного конца (22) для обеспечения формирования указанного волнообразного изгиба (38) между указанной точкой (28) закрепления и указанным свободным соединительным концом (22). 7. Установка для соединения по п.6, отличающаяся тем, что указанные средства (26, 24, 30) закрепления содержат крепежный элемент (26), установленный на указанном потоковом участке (32) в указанной точке (28) закрепления, и анкерную сваю (24), установленную вдоль указанной жесткой трубы (18),-4 012707 и тем, что указанный крепежный элемент соединен с указанной анкерной сваей посредством оттяжки(30). 8. Установка для соединения по п.6 или 7, отличающаяся тем, что указанный потоковый участок(32), образующий волнообразный изгиб (38), снабжен ограничителями кривизны (40). 9. Установка для соединения по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что она содержит множество буев (34), установленных один за другим на указанном потоковом участке (32) между указанной точкой(28) закрепления и указанным свободным соединительным концом (22) с образованием указанного волнообразного изгиба (38), по существу, в вертикальной плоскости.