EA003879B1

EA003879B1 - Способ и устройство для подводной выемки грунта

Info

Publication number: EA003879B1
Application number: EA200200928A
Authority: EA
Inventors: Том Якобсен; Терье Фагерволл; Гуннар Фагерволл; Густав Квальвог
Original assignee: Гто Сабси Ас
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2003-10-30
Also published as: ZA200207631B; US6868625B2; MXPA02009749A; EA200200928A1; AU2001250680B2; BR0109819A; CA2405158A1; NO20001743D0; JP2003529689A; BR0109819B1; CA2405158C; AU5068001A; TW542805B; WO2001075235A1; EP1278916A1; NO20001743L; CN1422351A; CN1232709C; NO311639B1; US20030121182A1

Abstract

Способ и устройство для перемещения подводных камней и отложений, в том числе на значительных глубинах, например в связи с удалением защитных камней вокруг подводных установок, где должны проводиться ремонтные работы. Устройство содержит жесткий или по меньшей мере частично гибкий трубопровод (5), через который можно перемещать породу (14) посредством перепада давления, создаваемого эжекторным соплом (11), расположенным снаружи указанного трубопровода. В сопло (11) воду подают водяным насосом (12). Кроме того, устройство содержит несущую систему (F), приспособленную для перемещения по дну (моря). Необходимую энергию подводят с поверхности по кабелю (3). Трубопровод (5) предпочтительно выполнен с возможностью дистанционного управления при помощи манипулятора (9, 9').

Description

Данное изобретение относится к способу, описанному в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к устройству, предназначенному для осуществления этого способа и описанному в ограничительной части п.3 формулы изобретения.

Предпосылки изобретения

При работах на подводных нефтяных и газовых установках или работах, связанных с такими установками, например при ремонте, зачастую возникает необходимость в перемещении камней и материала в форме частиц, частично покрывающих подлежащий ремонту объект. Таким объектом может быть трубопровод, корпус клапана и т. п.

Аналогично этому может возникнуть необходимость в удалении отложений, связанных с установкой на дне моря нового оборудования, или в удалении скопившегося у платформ бурового шлама или чего-либо подобного.

Схожие потребности также могут возникать в связи с проведением таких подводных работ, как работы в гавани, на дамбах или на причальных сооружениях.

Уровень техники

Наиболее распространенный способ удаления отложений в связи с подводными работами заключается в использовании больших вентиляторов, крупногабаритных и тяжелых всасывающих устройств с большим потреблением энергии и специальных экскаваторов. Их недостатками является то, что они требуют много энергии и/или других ресурсов, а также присутствия больших надводных судов, имеют ограниченную маневренность и хороши лишь в качестве стационарных средств или вообще непригодны для больших глубин.

В патенте Норвегии № 302043 описана драга, предназначенная для подводных работ, особенно для удаления или перемещения бурового шлама. Драга содержит мотор, насос и эжектор. Мотор предназначен для приведения в действие насоса, который, в свою очередь, обеспечивает подачу в эжектор потока воды. Эжектор расположен в трубопроводе, через который предполагается транспортировать выбуренную породу и т.п. Устройство предназначено для установки на дне моря и выполнено с возможностью получения энергии с поверхности, при этом впускной конец трубопровода выполнен с возможностью его перемещения, например, с помощью дистанционно управляемой подводной минилодки, так называемого КОУаппарата.

Это устройство непригодно для перемещения отложений с относительно большими камнями, главным образом потому, что трубопровод имеет места с уменьшенным эффективным диаметром, что обусловлено конструкцией эжектора и его положением. Кроме того, несмотря на то, что трубопровод является отчасти подвижным, географически устройство имеет очень ограниченный рабочий диапазон, поскольку предназначено для размещения на дне моря.

В заявках на патент Японии № 04325799А и № 04325800А описана эжекторная насосная система, в которой эжектор расположен главным образом вне трубопровода, вследствие чего этот эжектор не уменьшает эффективный диаметр трубопровода. Из рефератов указанных заявок не ясно, для каких целей предполагается использовать эти системы. Также отсутствуют какие-либо сведения о размерах или энергетическом потреблении этих систем.

Цели изобретения

Целью данного изобретения является создание способа транспортировки подводных камней и отложений, особенно на больших глубинах.

В частности, целью изобретения является создание способа транспортировки камней, типичный максимальный диаметр которых составляет 250-500 мм.

Еще одной целью изобретения является создание устройства для осуществления указанного способа, которое при использовании должно быть универсальным, в особенности применительно к тому, что оно может легко перемещаться в разные стороны при нахождении внизу на дне моря.

Помимо этого целью изобретения является создание такого устройства, которым легко управлять и которое не требует много энергии, подводимой с поверхности, например, через обычный электрический кабель.

Описание изобретения

Эти и другие цели достигаются с помощью предложенного способа, охарактеризованного в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения раскрыты в зависимых пунктах 2-5.

Указанные цели достигаются также с помощью устройства, охарактеризованного в п.6 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения устройства раскрыты в зависимых пунктах, относящихся к этому устройству.

Ниже приведено более подробное описание предложенного устройства со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематический вид первого варианта выполнения изобретения;

фиг. 2 - схематический вид второго варианта выполнения изобретения;

фиг. 3 - упрощенный схематический вид третьего варианта выполнения изобретения;

фиг. 4а-с - элементы предложенного устройства, соответствующего любому из вариантов выполнения изобретения, показанных на фиг. 1-3.

Фиг. 1 изображает устройство 1, выполненное с возможностью перемещения по морскому дну 8 с помощью гусениц 2, энергия к которым подается с поверхности через кабель 3. Устройство содержит трубопровод 5, имеющий впускной конец 6 и выпускной конец 7, а также предпочтительно содержащий гибкий участок 8. К трубопроводу прикреплено эжекторное сопло 11, в которое вода подается насосом 12, приводимым в действие гидравлическим блоком 13. Все указанное оборудование удерживается на несущей системе Р, которая в свою очередь поддерживается гусеницами 2. Если трубопровод 5 имеет гибкий участок 8, то предпочтительно он дополнительно содержит манипулятор 9, обеспечивающий возможность перемещения трубопровода с некоторой степенью подвижности. Показанный на фиг. 1 манипулятор 9 содержит многозвенную руку, управляемую гидравлическим блоком 16. Устройство предназначено для перемещения отложений 14, включая камни, размер которых не превышает диаметр трубопровода 5, с одного места на другое за счет перепада давления в трубопроводе, создаваемого эжекторным соплом 11, которое обеспечивает разрежение слева направо, если смотреть на чертеж.

Фиг. 2 изображает альтернативный вариант выполнения изобретения. В этом варианте не предусмотрена подача энергии к колесам или гусеницам, поскольку устройство опирается на свободно движущиеся колеса 2', выполненные с возможностью поворота в различных направлениях, предпочтительно в любом направлении. На чертеже показаны два колеса, однако понятно, что по меньшей мере два других колеса скрыты позади этих двух. В самом обычном случае устройство, соответствующее этому варианту выполнения, имеет 4 колеса, однако оно также может иметь, например 3 колеса или 5 колес. В качестве альтернативы свободно движущимся колесам могут использоваться свободно движущиеся гусеницы.

В устройстве, изображенном на фиг. 2, манипулятор 9' содержит дистанционно управляемое средство перемещения (ВОУ-аппарат), управляющее трубопроводом 5, и, если позволяет морское дно, этот ВОУ-аппарат может перевезти в нужном направлении устройство 1 целиком. Следует понимать, что свободно движущиеся колеса 2' могут иметь форму, отличную от той, что показана на чертежах, а именно они могут иметь любую подходящую форму для перемещения под водой.

Фиг. 3 изображает еще один вариант выполнения предлагаемого устройства, который можно рассматривать как разновидность варианта, показанного на фиг. 2. Фиг. 3 является упрощенной и не отображает все показанные на фиг. 2 элементы. Главная особенность этого варианта заключается в элементах, обозначенных номером 2 позиции, которые можно назвать водяными подушками (по аналогии с воздушными подушками судна на воздушной подушке) и которые могут обеспечить плавание устройства непосредственно над уровнем моря. В так называемые водяные подушки воду подают мощным водяным насосом, например, насосом, питающим эжекторное сопло 11. На чертеже это упрощенно изображено в виде отдельного подводящего трубопровода 18, отходящего от насоса 12. Перемещение трубопровода 5, а возможно и всего устройства 1, можно осуществлять за счет тянущего усилия ВОУ-аппарата через трубопровод 5, как это показано на фиг. 2.

Фиг. 4 подробно изображает впускной конец 6. На фиг. 4а показано, что наружная часть (входная часть) впускного конца 6 содержит выдвижные узлы 21, которые могут быть вытянуты или вытолкнуты наружу. На фиг. 4Ь дополнительно показано, что входная часть может содержать кольцеобразную пику 21, которая является пустотелой и может выбрасывать под сильным напором воду через отверстия 22 как с внешней, так и с внутренней стороны этой части, вследствие чего впускной конец является защищенным и не так быстро забивается при вдавливании входной части в отложения. Воду подают в «пику» по каналу 23, который может сообщаться, например, с водяным насосом 12 или другим подходящим водяным насосом.

У входной части 10 впуска трубопровода 5 может быть предусмотрено также сопло (не показано) для обратной промывки камней и подобных предметов, которые могут застревать в этой части.

Кроме того, в предпочтительном случае входная часть 10 выполнена закругленной, поперечное сечение трубопровода является постоянным, а любой изгиб трубопровода 5 имеет достаточно большой радиус кривизны для предотвращения застревания камней. Помимо этого, предпочтительно, чтобы выпускной конец 7 трубопровода имел форму диффузора, поскольку это уменьшает потери на трение в трубопроводе.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено преимущественно из пластмассы, плотность которой близка к плотности воды, так что его можно легко поддерживать.

Расчетный пример.

В приведенном ниже примере предполагается использование одного или двух водяных насосов, каждый из которых приводится в действие двигателем мощностью 75кВт. Предполагается, что внутренний диаметр трубопровода составляет 300 мм. В случае использования двух насосов также проведен расчет для трубопровода диаметром 500 мм. Дополнительные данные приведены в следующей таблице.

Мощность двигателя (на валу)	КВт	75	150	150
Выход по энергии	%	80	80	80
Внутренний диаметр	мм	300	300	500
Длина (впуск-выпуск)	м	15	15	12
Скорость перед смесительной камерой	м/с	5,8	7,4	5,9
Требуемая скорость	м/с	4,4	4,4	5,7

Движущая сила (высота подъема)	м	2,5	4,2	1,8
Из которой: потери на впуске	м	0,3	0,6	0,4
потери на трение	м	1,4	2,3	0,7
потери на выпуске	м	0,7	1,3	0,7
Примерная производительность при перемещении камней	т/ч	70	120	100

Практический пример.

Проведенные испытания показали, как изобретение функционирует на практике. Летом 1999 г. с помощью соответствующего эжекторного механизма, перемещаемого дистанционно управляемым средством перемещения (КОУаппаратом), было перемещено 1500 м³ камней (бтах равнялся примерно 150 мм). Испытания проводились в бухте ТепдГщгбеп на нефтяном трубопроводе на глубине 540 м. Для приведения в действие водяных насосов использовали два гидродвигателя общей мощностью около 24 кВт. Длина трубопровода составляла 10 м, а его внутренний диаметр - 250 мм. За 26 ч эффективной работы было перемещено 1500 м³ камней, что соответствует производительности 60 т/ч. На трубопроводе можно было обнаружить только минимальный износ ПЭ-пластмассы. Позднее по этой технологии было успешно проведено несколько работ.

В марте 2000 г. данное изобретение было использовано в месторождении Игаидеп на глубине 300 м. Испытания проводили с лодки 8еа\гау КшдГщйег. Участок трубопровода длиной 5 м был обнажен за 40 мин, прежде чем испытание прекратилось. Этот результат соответствует 20 м³ породы или 45 т/ч. Принимая во внимание то, что камни были перемещены с участка, где требовалась частое перемещение устройства с места на место, полученный результат вполне удовлетворителен. Использовали водяной насос мощностью 75 кВт и трубопровод длиной 15 м с внутренним диаметром 300 мм.

Чертежи и примеры представляют собой лишь пояснения к изобретению, которое ограничено исключительно приведенной далее формулой изобретения.

Claims

1. Способ перемещения подводных камней и отложений, в том числе на значительных глубинах, например в связи с удалением защитных камней вокруг подводных установок, где должны проводиться ремонтные работы, включающий подачу требуемой энергии с поверхности по меньшей мере по одному кабелю, использование жесткого или по меньшей мере частично гибкого трубопровода, которым предпочтительно дистанционно управляют посредством приспособленного для этого манипулятора, создание перепада давления в указанном трубопроводе посредством присоединения к нему эжекторного сопла и подачи в это сопло воды водяным насосом, отличающийся тем, что он включает размещение трубопровода, эжектора и на соса на несущей системе, по существу, известной и выполненной с возможностью перемещения по дну моря, и размещение эжекторного сопла снаружи указанного трубопровода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает оснащение несущей системы гусеницами или колесами и ее перемещение по дну моря благодаря подаче энергии соответственно к гусеницам и/или колесам.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанным по меньшей мере частично гибким трубопроводом управляют с помощью многозвенной руки с гидроуправлением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает оснащение несущей системы гусеницами или колесами, выполненными с возможностью свободного поворота в различных направлениях, и использование в качестве манипулятора КОУ-аппарата, который используют для перемещения несущей системы и для управления трубопроводом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает оснащение несущей системы водяными подушками, в которые воду подают по меньшей мере одним водяным насосом, с обеспечением плавания несущей системы над дном моря и использование в качестве манипулятора КОУ-аппарата, который используют для перемещения несущей системы и для управления трубопроводом.

6. Устройство для перемещения подводных камней и отложений, в том числе на значительных глубинах, например в связи с удалением защитных камней вокруг подводных установок, где должны проводиться ремонтные работы, содержащее по меньшей мере один кабель (3), идущий с поверхности и предназначенный для подачи необходимой энергии, жесткий или по меньшей мере частично гибкий трубопровод (5), который предпочтительно является дистанционно управляемым посредством манипулятора (9, 9'), и водяной насос (12), присоединенный к эжекторному соплу (11), прикрепленному к трубопроводу (5) с обеспечением создания в трубопроводе (5) перепада давления, отличающееся тем, что трубопровод (5), эжекторное сопло (11) и водяной насос (12) расположены на несущей системе (Е), по существу известной и выполненной с возможностью перемещения по дну (моря), а эжекторное сопло (11) расположено снаружи указанного трубопровода (5).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что манипулятор (9, 9') представляет собой многозвенную руку (9) с гидроуправлением.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что несущая система (Е) поддерживается гусеницами (2) или колесами (2') и выполнена с возможностью перемещения по дну моря благодаря подаче энергии соответственно к гусеницам (2) и/или колесам (2').

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что манипулятор (9, 9') представляет собой

КОУ-аппарат (9'), управляемый, главным образом, независимо от самого устройства (1).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что несущая система (Р) поддерживается свободно поворачивающимися гусеницами (2) или колесами (2'), выполненными с возможностью поворота в любом направлении, и выполнена с возможностью перемещения по дну с помощью тянущего усилия, прикладываемого КОУ-аппаратом (9') через трубопровод (5).

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что несущая система (Р) снабжена водяными подушками, которые расположены со стороны дна моря и в которые вода подается указанным насосом (12) или специально приспособленными насосами (не показаны), с обеспечением возможности частичного плавания этой системы над поверхностью дна (8) и возможности перемещения по дну с помощью тянущего усилия, прикладываемого КОУ-аппаратом (9') через трубопровод (5).

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что трубопровод (5) со своего впускного конца (6) является телескопически раздвижным.

Фиг. 1

Фиг. 2

13. Устройство по п.6, отличающееся тем, что впускной конец (6) трубопровода (5) содержит средства (21) заглубления и отверстия (22) для промывки водой под давлением, предназначенные для измельчения плотных или затвердевших отложений, для повышения производительности всасывания устройства.

14. Устройство по п.6, отличающееся тем, что вблизи входной части (10) впуска расположено сопло (не показано) для обратной промывки камней и подобных предметов, которые могут застревать в этой части.

15. Устройство по п.6, отличающееся тем, что входная часть (10) впуска выполнена закругленной, поперечное сечение трубопровода (5) является постоянным, любой изгиб трубопровода (5) имеет достаточно большой радиус кривизны для предотвращения застревания в нем камней, а выпускной конец (7) имеет форму диффузора (для сведения к минимуму потерь на трение в трубопроводе).