Стальной стояк цепной линии

Стальной цепной стояк (SCR) — это распространенный метод соединения подводного трубопровода с глубоководной плавучей или стационарной платформой для добычи нефти. SCR используются для передачи жидкостей, таких как нефть, газ, закачиваемая вода и т. д., между платформами и трубопроводами.

В оффшорной промышленности слово «цепная линия» используется как прилагательное или существительное со значением более широким, чем его историческое значение в математике. Таким образом, SCR, который использует жесткую стальную трубу, имеющую значительную жесткость на изгиб, описывается как цепная линия. Это связано с тем, что в масштабе глубины океана жесткость на изгиб жесткой трубы мало влияет на форму подвешенного пролета SCR. Форма, принимаемая SCR, контролируется в основном весом, плавучестью и гидродинамическими силами, обусловленными течениями и волнами. Форма SCR хорошо аппроксимируется уравнениями жесткой цепной линии . ^[1] В предварительных соображениях, несмотря на использование обычной жесткой стальной трубы, форма SCR может быть также аппроксимирована с использованием уравнений идеальной цепной линии , ^[2] , когда допустима некоторая дальнейшая потеря точности. Уравнения идеальной цепной линии исторически используются для описания формы цепи, подвешенной между точками в пространстве. Цепная линия по определению имеет нулевую жесткость на изгиб, а те, которые описываются уравнениями идеальной цепной линии, используют бесконечно короткие звенья.

SCR были изобретены доктором Карлом Г. Лангнером, инженером-электриком, NAE, который описал SCR вместе с гибким соединением, используемым для компенсации угловых отклонений верхней области SCR относительно опорной платформы, поскольку платформа и SCR движутся в течениях и волнах. ^[3] SCR используют тысячи футов длинных неподдерживаемых пролетов труб. Вовлечены сложная динамика, гидродинамика, включая вихревые вибрации (VIV) и физика взаимодействия труб с морским дном. Это жестко влияет на материалы, используемые для строительства трубы SCR. Доктор Лангнер провел годы аналитической и проектной работы, прежде чем была подана заявка на его патент в США. Эта работа началась до 1969 года и была отражена во внутренних документах Shell, которые являются конфиденциальными, но был выдан патент на раннюю конструкцию SCR «Bare Foot». ^[4] VIV в основном контролируются с помощью устройств, прикрепленных к трубе SCR. Это могут быть, например, устройства подавления VIV, такие как винтовые полосы или обтекатели ^[5] , которые значительно уменьшают амплитуды VIV. ^[6] Разработка программ прогнозирования VIV, таких как, например, программа SHEAR7, является текущим процессом, который возник в сотрудничестве между MIT и Shell Exploration & Production ^[7] параллельно с разработкой концепции SCR, имея в виду разработку SCR. ^[8]

Жесткая труба SCR образует цепную линию между точкой ее подвешивания на плавучей или жесткой платформе и морским дном. ^[9] Свободно висящий SCR принимает форму, примерно похожую на букву «J». Цепная линия стального стояка ленивой волны (SLWR) фактически состоит по крайней мере из трех сегментов цепной линии. Верхний и донный сегменты цепной линии имеют отрицательный подводный вес, а их кривизны «выпячиваются» в сторону морского дна. Средний сегмент имеет плавучий материал, прикрепленный по всей его длине, так что ансамбль стальной трубы и плавучести является положительно плавучим. Соответственно, кривизна плавучего сегмента «выпячивается» вверх (перевернутая цепная линия), и его форма также может быть хорошо аппроксимирована теми же жесткими или идеальными уравнениями цепной линии . Положительно и отрицательно плавучие сегменты касаются друг друга в точках, где они соединяются. Общая форма цепной линии SLWR имеет точки перегиба в этих местах. SLWR были впервые установлены на пришвартованной башне FPSO на шельфе Бразилии (BC-10, Shell) в 2009 году ^[10], хотя гибкие стояки конфигурации Lazy Wave широко использовались в течение нескольких десятилетий до этого.

Самое глубоководное применение SCR Lazy Wave (SLWR) в настоящее время осуществляется на платформе Stones FPSO (Shell), пришвартованной на глубине 9500 футов в Мексиканском заливе . ^[11] Башня Stones FPSO оснащена отсоединяемым буем, так что судно с экипажем может быть отсоединено от буя, поддерживающего SLWR, и перемещено в подходящее убежище до прихода урагана.

Труба SCR и короткий сегмент трубы, лежащий на дне моря, используют «динамическую» трубу, т. е. стальную трубу с немного большей толщиной стенки, чем толщина стенки трубопровода, чтобы выдерживать динамический изгиб и усталость стального материала , связанные с зоной приземления SCR. За пределами этого SCR обычно удлиняется жестким трубопроводом, но использование гибкого трубопровода также возможно. ^{[12] [13]} Стояки обычно имеют диаметр 8-12 дюймов и работают при давлении 2000-5000 фунтов на квадратный дюйм. ^[14] Конструкции за пределами этих диапазонов размеров труб и рабочих давлений также возможны.

Свободно висящие SCR были впервые использованы Shell на платформе с натяжными опорами Auger (TLP) ^[15] в 1994 году, которая была пришвартована на глубине 872 м. ^[16] Доказательство Shell того, что концепция SCR технически обоснована для использования на платформе Auger TLP, было крупным достижением доктора Карла Г. Лангнера. Это был технологический скачок. Принятие концепции SCR всей оффшорной промышленностью последовало относительно быстро. SCR надежно работали на нефтяных и газовых месторождениях по всему миру с момента их первой установки Auger.