CN203374258U - 用于收集逃逸到水域中的流体的防护装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于收集逃逸到水域中的流体的防护装置，其中所述流体（22）的密度等于或小于水的密度，其中a）不能透过所述流体（22）的圆顶形膜状件（12）；b）可独立导航的漂浮装置（17），其附接至所述膜状件（12）以用于定位和稳定所述膜状件（12）的目的；c）至少一个出口软管（102），其用于提取所述流体（22），所述出口软管（102）的第一端附接至所述膜状件（12）；以及d）可独立导航的漂浮装置（17），其附接至所述出口软管（102）以用于定位和稳定所述出口软管（102）的目的。本实用新型涉及用于防止例如由于水域底部（15）的断层（14）或由于钻井的有缺陷竖管（16）而导致气态或液态的流体以未预见或非受控方式逃逸到水域中的防护装置。

Description

用于收集逃逸到水域中的流体的防护装置

技术领域

本发明涉及用于防止例如由于水域底部断层或由于钻井的有缺陷竖管而导致无论是气态或液态的流体以非受控方式逃逸到水域中的防护装置。 

背景技术

井喷防止器（BOP）是直接装配在钻井上的截断阀。当前，在对勘探设备造成损坏的情况下，井喷防止器用于防止露出的流体以非受控方式到达环境中。 

然而，墨西哥海湾的灾难表明，尚未存在任何可快速部署的工作机构来有效地防止气体和液体的非受控流出或者控制逃逸的流体。 

一方面流体的损失以及另一方面（此处更为重要）由于最终的危险和破坏对环境的污染证明是不利的。 

目的 

本发明基于如下目的：收集流入水域中或者悬浮在水域中并且具有等于或低于水密度的密度的流体，将流体与水分离，并且输送流体以便进一步处理或处置。这种流体例如为正从钻井中逃逸出或者已经从钻井中逃逸出的油或气体。 

实用新型概述 

该目的是通过根据本发明的特征来实现的。本发明的有益发展的特征在于附加特征。 

为了实现上述目的，提供了一种用于收集逃逸到水域中的流体的防护装置，其中所述流体的密度等于或小于水的密度，其中 

a）不能透过所述流体的圆顶形膜状件； 

b）可独立导航的漂浮装置，其附接至所述膜状件以用于定位和稳定所述膜状件的目的； 

c）至少一个出口软管，其用于提取所述流体，所述出口软管的第一端附接至所述膜状件；以及 

d）可独立导航的漂浮装置，其附接至所述出口软管以用于定位和稳定所述出口软管的目的。 

根据本发明的用于收集逃逸到水域中的流体的防护装置包括可能为圆顶形的膜状件，膜状件由诸如例如膜或织物的适合材料构成，膜状件不能透过流体。膜状件可由例如塑料膜制成，塑料膜的部分可设有例如蒸汽沉积金属层作为应对流体破坏的防护。可选地，膜状件可由例如由塑料涂层密封的金属编织物构成。 

适合的材料为耐受流体的柔性材料，即，其在与流体接触时物理特性不改变。还可以使用纺织材料，例如碳纤维或金属编织织物，其覆有用于密封目的的适合的物质，可能覆有塑料、基于植物的聚合物或生物聚合物。还适合的材料是一些塑料膜或由基于植物的聚合物以及可能的生物聚合物构成的膜。 

优选地，膜状件的形状及其尺寸通过诸如例如缩帆索、按钮机构、拉链或相应自动控制的线缆的机构适合于所需的条件。 

如果物体的表面分别构成凸形主体的部分的表面，则诸如例如膜状件的物体通常称为圆顶形。主体的部分应理解为其点全部位于例如平面的无界表面的相同侧的局部主体。因此，变平的圆顶是已由锥形部分生成的旋转主体的部分。球形圆顶是球形的部分。优选地，膜状件具有变平圆顶或凸多面体的部分的形状。 

为了定位和稳定膜状件的目的，漂浮装置优选地附接到膜状件。这些漂浮装置可在所有的方向上独立（即，各亲自）导航。漂浮装置的定位可自动地（即，以编程控制方式）或通过远程控制来实现。远程操作车辆（ROV）或自住水下车辆（AUV）适于用作根据本发明的漂浮装置。 

仅由漂浮装置保持的薄的柔性膜状件的使用使能以几乎任何尺寸来实现根据本发明的防护装置。特别地，使能获得任何极大尺寸的膜状件。 

向下地，膜状件可终止于相应定形或能够相应定形的唇状部。除了漂浮装置之外，加重物（即，其密度超过水密度的元件）可附接至所述唇状部。然而，优选的是，膜状件在预定深度处自由地漂浮，膜状件的定位唯一地通过漂浮装置实现。 

优选地，使膜状件在折叠状态下进入到水域中。如果要收集悬浮在水域中并且其密度等于水密度的流体，则漂浮装置优选地在悬浮流体的上方展开膜状件。此后，膜状件下降。结果，悬浮流体由膜状件封闭且因此收集。 

如果流体流出源（例如，泄漏的钻井）而进入水域中并且如果流体的密度低于水的密度，则漂浮装置优选地将处于其展开状态的膜状件定位在所述源上方。升起的流体随后遇到膜状件并且流入到所述膜状件中。结果，膜状件由于流体的浮力而展开。 

为了便于处理，即，通过漂浮装置对膜状件进行导航、定位和稳定，膜状件的密度优选地等于或小于水密度。这可通过生产方式来实现或者可通过相应的比重或者可能通过相应的气态或固态包含物来实现。在极大体积的情况下，壁可由根据深度而比重不同制成的部件构成。换言之，膜状件由具有不同密度的至少两个区段构成。在该情况下，如果至少两个区段中的第一个或其浮力中心布置成比至少两个区段中的第二个或其浮力中心更高至水平（即，更靠近水面），则至少两个区段中的第一个的密度优选地小于至少两个区段中的第二个的密度。结果，布置成更高的区段比布置为更低的区段生成更大的浮力。这样通过加重物和/或漂浮装置简化了膜状件的定位。 

为了确保防护装置的恰当运作，提供传感器和/或监控摄像机的安装。已证实这对于也待装有摄像机的漂浮装置是有利的。 

一个或多个出口软管附接至膜状件。经由这些软管，沿水面的方向提取流体。如果流体的密度低于水的密度，则为此目的不需要泵。出口软管和膜状件之间的接口处的阀防止了流体的非受控流出。阀可以远程控制。可选地，阀可以自动致动或由水平传感器控制。 

出口软管应当由其密度优选地等于或小于水密度的柔性材料制成。这样能够防止膜状件被出口软管损坏。此外，简化了出口软管的定位和稳定。 

为了定位和稳定出口软管的目的，上述类型（因此可独立导航）的漂浮装置附接至出口软管。 

根据水域的深度，需要不同长度的出口软管。因此，优选地，出口软管由相互耦合的多个软管段构成。 

在对出口软管造成损坏的情况下，存在提取的流体从损坏的位置流入水域的风险。在本发明的优选实施方案中，这通过至少一个止回阀来防止，所述止回阀布置在出口软管中以使其能够阻挡沿水面的方向从膜状件流入的流体。在对出口软管造成损坏的情况下，通过出口软管流出膜状件的流体的流速增压，或者其流向改变。一旦流速已超过阈值或者流向反向，则止回阀关闭。另一方面，如果流速在阈值以下，则止回阀打开。 

为了实现这点，优选地，所述出口软管具有至少一个止回阀，一旦通过所述出口软管流出所述膜状件的所述流体的流速超过阈值或者所述流体的流向反向，所述止回阀就关闭。 

一方面，普通的机械止回阀可以沿一个流向安装。另一方面，由弹簧偏置并且仅能够承受达到一定流速的流体的流动的止回阀能够与流向相对地安装。弹簧偏置能够保持阀仅在达到该流速时才打开，此后，通过流或者通过与与其相关联的弹簧偏置相对的压力关闭阀。 

对于鱼并且以及在相应尺寸的膜状件的情况下对于存在于膜状件内部的潜水器，进入的流体构成了危险。因此，在本发明防护装置的优选实施方案中，所述膜状件具有至少一个开口以允许鱼和/或潜水器通过，即所谓的鱼栅门或船栅门，鱼和/或潜水器能够通过所述开口从膜状件中逃逸到水域中。 

鱼栅门或船栅门可实现为沿水域底部的方向倾斜的膜状件中的可关闭间隙。由于鱼栅门或船栅门的倾斜，流入膜状件中的流体取路经过鱼栅门或船栅门。结果，只要膜状件内存在的流体的水平保持在鱼栅门或船栅门以上，就几乎不会有流体能够通过鱼栅门或船栅门逃逸到水域中。如果如此多的流体积聚在膜状件内使得流体的水平沉降到鱼栅门或船栅门的那样高，则鱼栅门或船栅门就关闭。 

可选地，鱼栅门或船栅门分别实现为喷嘴。喷嘴的两个开口中的第一个沿着膜状件中的间隙的边缘连接至膜状件。优选地，喷嘴由与膜状件相 同的材料构成。沿着喷嘴的环状加固件防止喷嘴塌缩。 

为了定位和稳定喷嘴的目的，上述类型的漂浮装置附接至喷嘴。为了使流体不从喷嘴中逸出，漂浮装置将喷嘴对准以使面向水域方向的喷嘴的两个开口中的第二个位于存在于膜状件内部的流体水平下方。 

鱼栅门或船栅门可另外用于补偿作用于膜状件上的流。 

在本发明的优选实施方案中，出口软管的第二端附接至地面站，以用于中间储存流体和泵送流体。为了使由于出口软管的重量引起的地面站上的负荷尽可能小，出口软管的密度应当等于或小于水的密度。 

经证实，不通过例如锚定在水域底部来固定地面站是有利的。相反，地面站在水面上自由地漂浮，并且因此能够跟随同样自由漂浮的膜状件的运动。优选地，地面站具有用于定位和稳固的一个或多个可控或可导航的驱动单元。为了应对由于不利天气引起的损坏，或者为了应对军事攻击，地面站以及相关的罐也可以通过相应的漂浮装置和平衡装置保持在水下的预定深度处。 

从地面站的出口软管中出现的流体优选地收集在属于地面站的圆顶形罐中，罐为例如悬臂式机库的方式或者通过相应的装置保持在这种机库中。在该情况下，罐的下方开口位于水面上或下方。进入罐中的流体因此在罐内的水面上漂浮。通过这种方式，不通过使用特定的源将流体中可能包含的含水成分与流体分离，并且含水成分返回到水域中。 

进入水域的流体的对流会发生于流体和水之间的界面处。流体和水之间的障碍层优选地防止该效应。该障碍层可由填充到罐中并且其密度大于流体密度且小于水密度的液体构成。该障碍层还可实现为由适当的材料（膜或纺织材料）构成的膜状件。 

为了防止在对地面站造成损坏的情况下大量流体以非受控方式出现，罐优选地分层多个部分。 

下面结合附加特征对优选实施方案的说明公开了进一步的细节和特征。在该情况下各个特征可单独实现或者彼此结合地叠加实现。实现目的的可能性不限于示例性的实施方案。 

附图说明

在附图中示意性地表示了示例性的实施方案。在各图中相同的附图标记表示相同或具有相同功能或者其功能彼此对应的元件。具体地， 

图1示出了根据本发明的防护装置，其具有出口软管和地面站；以及 

图2示出了根据本发明的防护装置，其具有鱼栅门。 

实用新型详述 

图1所示为防护装置10，其膜状件12已经在从其中流出流体的水域底部15的断层14上方或者从其中流出流体的有缺陷竖管16上方展开。可独立导航的漂浮装置17定位膜状件12以使其定位在断层14上方或有缺陷竖管16的上方。如果流体的密度低于水的密度，则流体上升并且积聚在膜状件12中。 

为了使膜状件12耐受流体和海水流的提升力，膜状件12设有加固支柱18。加固支柱18还可由例如玻璃纤维加固塑料或纤维组合材料制成。膜状件12同样可以通过压力线路稳定。 

附接至膜状件12的最高点的适配器块100将膜状件12与出口软管102耦合。适配器块100具有阀和控制机构以及必要的测量和调节设备。漂浮装置（未示出）定位适配器块100。摄像机和传感器控制适配器块100的状态和功能。 

同样，可独立导航的漂浮装置17将出口软管102保持在适当位置处。 

适配器块100中的阀根据需要释放积聚在膜状件12内部的流体。结果，该流体通过出口软管102流入地面站104中。此处，流体被收集到圆顶形罐106中。罐可由适当的材料、由膜或纺织材料，以及通过例如诸如钢的固体材料制成。 

在地面站104处存在用于连接至油槽船、用于进行环境恰当处置用于流体的直接进一步处理的所有必要的技术连接器105。 

地面站104在水面107上自由地漂浮，使得水能够从下面进入罐106中。流体在罐106内的水上漂浮。同样在罐106中的流体上方，存在空气。 

地面站104的浮力可以通过空气体积的改变而平衡。可选地，地面站 104具有一个或多个漂浮件108。 

全周的锚定唇状部110封闭罐106的开口。锚定唇状部110防止流体侧向逸出。 

图2中表示出的膜状件12具有鱼栅门20，即，沿水域底部15的方向倾斜的可关闭开口。只要膜状件中的流体的量仍足够低，鱼栅门20的倾斜防止从水域底部15中的断层14流出的流体22逃逸到水域中。相反，鱼24能够通过鱼栅门20离开膜状件12。 

附图标记 

10 防护装置 

12 膜状件 

14 断层 

15 水域底部 

16 有缺陷竖管 

17 漂浮装置 

18 加固支柱 

100适配器块 

102出口软管 

104地面站 

105连接器 

106罐 

107水面 

108漂浮件 

110锚定唇状部 

20 鱼栅门 

22 流体 

24 鱼

Claims (6)

1.用于收集逃逸到水域中的流体（22）的防护装置（10），其中所述流体（22）的密度等于或小于水的密度，其特征在于 

a）不能透过所述流体（22）的圆顶形膜状件（12）； 

b）可独立导航的漂浮装置（17），其附接至所述膜状件（12）以用于定位和稳定所述膜状件（12）的目的； 

c）至少一个出口软管（102），其用于提取所述流体（22），所述出口软管（102）的第一端附接至所述膜状件（12）；以及 

d）可独立导航的漂浮装置（17），其附接至所述出口软管（102）以用于定位和稳定所述出口软管（102）的目的。 

2.根据权利要求1所述的防护装置（10），其特征在于 

所述出口软管（102）包括相互耦合的多个软管段。 

3.根据权利要求1所述的防护装置（10），其特征在于 

所述出口软管（102）具有至少一个止回阀，一旦通过所述出口软管（102）流出所述膜状件（12）的所述流体（22）的流速超过阈值或者所述流体（22）的流向反向，所述止回阀就关闭。 

4.根据权利要求1所述的防护装置（10），其特征在于 

所述膜状件（12）具有至少一个开口（20）以允许鱼（24）和/或潜水器通过。 

5.根据权利要求1所述的防护装置（10），其特征在于 

所述防护装置包括地面站（104），其中间储存并泵送出所述流体（22），所述出口软管（102）的第二端附接至所述地面站（104）。 

6.根据权利要求5所述的防护装置（10），其特征在于 

所述地面站（104）具有用于收集所述流体（22）的圆顶形罐（106）。

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