Система ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов

Полезная модель относится к области нефтедобычи, более конкретно, к системе ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, связанных с полным или частичным разрушением стенок нефтепроводов или с разрушением трубопроводной арматуры, сопровождающихся самопроизвольным выходом нефти. Предложенное техническое решение может найти применение при создания локальных систем и комплексов для предупреждения аварийных ситуаций на морских плавучих платформах при шельфовой добыче нефти. Решаемой задачей является создание сравнительно недорогой и эффективной системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, содержащей автоматизированное оборудование для их герметизации со средствами для доставки и размещения в зоне самопроизвольного выхода нефти. Такое оборудование должно надежно герметизировать частичные или полные разрывы в аварийных участках трубопроводов с последующей откачкой нефти в накопительные емкости и нефтеналивные суда, способствовать частичному или полному прекращению самопроизвольного выхода нефти. Указанная задача решается тем, что в системе ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, содержащей оборудование для их герметизации со средствами для доставки и размещения в зоне выброса нефти, согласно полезной модели, указанное оборудование содержит рабочую камеру, выполненную в виде колпака с шарнирно укрепленными в его открытой части силовыми фиксирующими захватами, снабженными дистанционно управляемыми приводами, причем части колпака и захватов, контактирующие с аварийным трубопроводом, снабжены упругими герметизирующими элементами для образования в рабочей камере замкнутой полости, а на закрытой части колпака размещены узлы крепления технологических трубопроводов для контролируемого отвода нефти из замкнутой полости в накопительные емкости на борту надводного судна и подачи герметизирующего реагента в замкнутую полость рабочей камеры. Кроме того, колпак рабочей камеры может быть выполнен в форме параллелепипеда, цилиндра, части сферы или их комбинации, силовые фиксирующие захваты могут быть выполнены, преимущественно, в виде захватов грейферного типа, приспособленных для крепления рабочей камеры на аварийных трубопроводах с частичным или полным разрушением стенок, а приводные механизмы могут быть выполнены, преимущественно, в виде гидроцилиндров, входящих в состав автономной гидросистемы, расположенной на рабочей камере. Кроме того, на борту надводного судна может быть установлена основная, а на колпаке дополнительная емкости для контролируемой подачи в замкнутую полость рабочей камеры герметизирующего алюмосиликатного реагента или его компонентов. Кроме того, дистанционно управляемые средства для доставки и размещения рабочей камеры в зоне выброса нефти могут содержать первый блок, расположенный на борту надводного судна для управления процессом ликвидации аварийных выбросов нефти, второй блок для доставки рабочей камеры в зону выброса нефти, третий блок для дистанционного визуального контроля положения аварийного трубопровода и рабочей камеры, четвертый блок для ее ориентирования и крепления на аварийном трубопроводе и пятый блок для энергообеспечения аппаратуры и силовых агрегатов, в том числе, входящих в состав рабочей камеры, причем второй блок содержит лебедки с тросами для спуска с борта надводного судна несущей рамы с закрепленной на ней рабочей камерой. Кроме того, дистанционно управляемые средства для доставки и размещения оборудования в зоне выброса нефти могут содержать автономный плавучий робототехнический комплекс, выполненный с возможностью дополнительного контроля и обеспечения функционирования системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов. Описание на 11 л, ф-ла 5 пп., илл. на 2 л.

Полезная модель относится к области нефтедобычи, более конкретно, к системе ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, связанных с полным или частичным разрушением стенок трубопроводов или с разрушением трубопроводной арматуры и сопровождающихся самопроизвольным выходом нефти. Предложенное техническое решение может найти применение при создания локальных и региональных систем и комплексов для предупреждения аварийных ситуаций на морских плавучих платформах при шельфовой добыче нефти.

Одной из причин разрушения глубоководных нефтепроводов и скважин являются пожары и взрывы на морских плавучих платформах, которые возникают, в том числе, в случаях аварийного возгорания оборудования и вспомогательных систем в период интенсивной эксплуатации глубоководных скважин. Пожары и связанные с ними разливы нефти могут нанести значительный ущерб экологии близлежащих акваторий при разработке нефтегазовых месторождений, они также приносят большой урон государственным интересам, ответственным компаниям, разработчикам и инвесторам. Площадь распространения экологического загрязнения водного бассейна при аварийных выбросах нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов может достигать многих квадратных км., а убыток исчисляться сотнями миллионов долларов.

Для капитального и текущего ремонта наземных магистральных нефтепроводов, как правило, используют ремонтные конструкции в виде муфт, например, серии П2, П3, П4, П5, П5У, П6, производимых, в частности, Великолукским заводом «Транснефтемаш» - филиала ОАО «Верхневолжские магистральные нефтепроводы». Муфты такого рода предназначены для ремонта труб и сварных соединений на действующих магистральных нефтепроводах диаметром от 430 до 1220 мм с нормальной толщиной стенки от 7 до 18 мм, работающих под давлением до 7 МПа. Однако применение такого рода устройств требует значительных изменений и доработок для применения в условиях ликвидации повреждений на подводных нефтепроводах.

Известно устройство для ликвидации повреждений на нефтепроводе, состоящее из корпусов, устанавливаемых на концах труб с разорванным стыком, отличающееся тем, что корпуса выполнены в виде пары полумуфт с внутренней расточкой под диаметр труб и конусной по наружной поверхности, с торца большего основания конуса имеют круговые выточки, верхние полумуфты имеют вертикальную радиальную выточку-канавку, соединенную с круговой выточкой под железные прутки, а для предотвращения теплового воздействия на соединение оно снабжено винтовой стяжкой (см. патент РФ 2011107 от 03.05.90, опубл. 15.04.1994).

В соответствии с известным техническим решением, для исключения проведения огневых работ и повышения надежности герметизации, на очищенную поверхность наносят слой клеящей композиции, на расстоянии 20 мм от разрыва сварного стыка слева и справа на трубе на клее устанавливают пару полумуфт. Концы труб между стыком и полумуфтами на клее обматывают веревочной обмоткой, пропитанной тем же клеем до уровня нависшей точки стыка. Поверхность обмотки и пространство разорванного стыка на клее обматывают в 2 ряда пропитанной этим же клеем брезентовой лентой толщиной около 1 мм и шириной, равной расстоянию между парами полумуфт. Затем круговую выточку через вертикальную плотно заправляют железными прутками. Поверхность прутков до наружной поверхности полумуфт обматывают пропитанной клеем веревочной обмоткой. Полученное соединение в целом обматывают в 2 ряда мягкой железной или алюминиевой проволокой диаметром 2,5-3 мм.

Недостатком данного устройства является сложность его использования при ликвидации повреждений на нефтепроводах и скважинах морского базирования, сопровождающихся несанкционированным выбросом нефти. Основными причинами этого являются значительная глубина и высокое гидростатическое давление в зоне проведения ремонтных работ. Кроме того, надежность герметизации дефектных нефтепроводов под водой сравнительно мала (см. Забела К.А. Ликвидация аварий и ремонт подводных трубопроводов, М.: Недра, 1986, с.103).

Наиболее близким техническим решением к предложенному является система ликвидации аварийных выбросов нефти из подводных нефтепроводов, содержащая оборудование для их герметизации со средствами для доставки и размещения в зоне выброса нефти (см. Комплекс оборудования для капитального ремонта подводных переходов магистральных газопроводов и нефтепроводов - разработчик ЗАО "Подводник", [Электронный ресурс]: экспертный канал / 2010 г. - Режим доступности http://www.yarpodvodnik.ru/pages/works - прототип).

В известной системе ремонт дефектов основного металла, расположенного под водой нефтепровода (вмятины, гофры, коррозия, потеря металла, задиры, расслоения, трещины, разрывы и т.п.) выполняют с помощью специального оборудования, включающего универсальную подводную камеру, выполненную в виде кессона.

Указанное оборудование предназначено для устранения повреждений подводных переходов нефтепроводов в сухих условиях под нормальным давлении с применением тех же методов ремонта, что и на поверхности. Подводная камера позволяет производить ремонт дефектных участков труб различными способами, в том числе, путем установки или врезки приварных или композитных муфт с использованием шлифовки и сварки. Ремонт изоляции магистрального газопровода и другие работы возможны указанным способом на трубах диаметром до 1420 мм. Аварийные работы на подводных переходах с использованием известной системы позволяют оперативно ликвидировать такие ситуации, как утечки газа или нефти, повреждения трубопровода якорями, критические размывы нефтепровода и газопровода на рабочей глубине до 30 м.

Основным недостатком известной системы с использованием кессона является невозможность его использования при ликвидации аварийных выбросов нефти на нефтепроводах и скважинах, расположенных в море на глубинах более 100-1000 м., прежде всего, по причине высокого гидростатического давления окружающей среды, достигающего в предельных случаях 10 MПa и выше.

В апреле 2010 г. вследствие пожара на нефтяной платформе, принадлежащей компании British Petroleum (BP), платформа затонула, а из поврежденной скважины в воды Мексиканского залива начала выливаться нефть (см. «BP ищет способ устранения разлива нефти в Мексиканском заливе» [Электронный ресурс]: экспертный канал / 04 мая 2010 - Режим доступности http://www.forbesrussia.ru/news/49109-bp).

Компанией British Petroleum были предложены системы и способы ликвидации выброса нефти при аварии на подводном нефтепроводе, в том числе, с использованием подводных роботов для перекрытия поврежденной скважины, с помощью специальных подводных камер, которыми должны накрываться места утечек для откачки нефти из скважины в нефтеналивные суда или путем сбрасывания диспергирующих веществ непосредственно над местом основной утечки нефти. Кроме того, рассматривались вопросы бурения перехватывающей скважины, которая на большой глубине должна пересечется с поврежденной скважиной для направления нефти из нее по новому руслу (см. «Компания BP придумала пять способов ликвидации последствий взрыва на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе» [Электронный ресурс]: экспертный канал / 04 мая 2010 - Режим доступности Lenta.Ru. http://www.livestream.ru/news).

Решаемой задачей является создание сравнительно недорогой и эффективной системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, содержащей автоматизированное оборудование для их герметизации со средствами доставки и размещения в зоне самопроизвольного выхода нефти. Такое оборудование должно надежно герметизировать частичные или полные разрывы на аварийных участках трубопроводов с последующей откачкой нефти в накопительные емкости и нефтеналивные суда, способствовать частичному или полному прекращению самопроизвольного выхода нефти.

Указанная задача решается тем, что в системе ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, содержащей оборудование для их герметизации со средствами для доставки и размещения в зоне выброса нефти, согласно полезной модели, указанное оборудование содержит рабочую камеру, выполненную в виде колпака с шарнирно укрепленными в его открытой части силовыми фиксирующими захватами, снабженными дистанционно управляемыми приводами, причем части колпака и захватов, контактирующие с аварийным трубопроводом, снабжены упругими герметизирующими элементами для образования в рабочей камере замкнутой полости, а на закрытой части колпака размещены узлы крепления технологических трубопроводов для контролируемого отвода нефти из замкнутой полости в накопительные емкости на борту надводного судна и подачи герметизирующего реагента в замкнутую полость рабочей камеры.

Кроме того, колпак рабочей камеры может быть выполнен в форме параллелепипеда, цилиндра, части сферы или их комбинации, силовые фиксирующие захваты могут быть выполнены, преимущественно, в виде захватов грейферного типа, приспособленных для крепления рабочей камеры на аварийных трубопроводах с частичным или полным разрушением стенок, а приводные механизмы могут быть выполнены, преимущественно, в виде гидроцилиндров, входящих в состав автономной гидросистемы, расположенной на рабочей камере.

Кроме того, на борту надводного судна может быть установлена основная, а на колпаке дополнительная емкости для контролируемой подачи в замкнутую полость рабочей камеры герметизирующего алюмосиликатного реагента или его компонентов.

Кроме того, дистанционно управляемые средства для доставки и размещения рабочей камеры в зоне выброса нефти могут содержать первый блок, расположенный на борту надводного судна для управления процессом ликвидации аварийных выбросов нефти, второй блок для доставки рабочей камеры в зону выброса нефти, третий блок для дистанционного визуального контроля положения аварийного трубопровода и рабочей камеры, четвертый блок для ее ориентирования и крепления на аварийном трубопроводе и пятый блок для энергообеспечения аппаратуры и силовых агрегатов, в том числе, входящих в состав рабочей камеры, причем второй блок содержит лебедки с тросами для спуска с борта надводного судна несущей рамы с закрепленной на ней рабочей камерой.

Кроме того, дистанционно управляемые средства для доставки и размещения оборудования в зоне выброса нефти могут содержать автономный плавучий робототехнический комплекс, выполненный с возможностью дополнительного контроля и обеспечения функционирования системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов.

Такое выполнение полезной модели позволяет создать достаточно надежную, сравнительно недорогую и эффективную систему ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, характеризующуюся наличием комплекса автоматизированного оборудования для доставки, ориентирования и фиксации рабочей камеры на аварийном нефтепроводе или скважине с последующей откачкой нефти в накопительные емкости, а также созданием условий для снижения или полного прекращения самопроизвольного выхода нефти.

Выполнение рабочей камеры в виде колпака с шарнирно укрепленными в его открытой части силовыми фиксирующими захватами, снабженными герметизирующими элементами и дистанционно управляемыми приводами, обеспечивает образование в рабочей камере замкнутой полости для контролируемого отвода нефти и подачи в нее герметизирующего реагента. Выполнение фиксирующих захватов в виде захватов грейферного типа с приводными гидроцилиндрами позволяет надежно с усилием в несколько тонн закрепить рабочую камеру на глубоководных аварийных скважинах и нефтепроводах с частичным или полным разрушением стенок. Использование технологических трубопроводов для подачи в замкнутую полость рабочей камеры подготовленного герметизирующего алюмосиликатного реагента или его компонентов для ускорения желатинизации нефтяной эмульсии, в свою очередь, обеспечивает снижение или полное прекращение самопроизвольного выхода нефти за счет создания в рабочей камере пробки из гелеобразного материала на основе указанного реагента.

Дистанционно управляемые средства для доставки и размещения рабочей камеры в зоне выброса нефти содержат комплекс необходимого оборудования в виде первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков для обеспечения автоматического функционирования рабочей камеры при управлении процессом ликвидации аварийных выбросов нефти с борта судна. Дополнительное использование универсального подводного робототехнического комплекса повышает возможности системы.

На фиг.1 представлена принципиальная блок-схема системы, на фиг.2 показан вид сбоку на рабочую камеру для ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных нефтепроводов, на фиг.3 дан общий вид рабочей камеры для использования при аварии на глубоководной скважине.

На фиг.1, 2, 3 представлены примеры конкретного выполнения системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных нефтепроводов (фиг.1, 2) и скважин (фиг.3). На аварийном трубопроводе 1 нефтепровода в закрепленном состоянии показана рабочая камера 2, выполненная в виде колпака 3 с шарнирно укрепленными в его открытой части силовыми фиксирующими захватами 4, снабженными дистанционно управляемыми приводами 5, причем части колпака 3 и захватов 4, контактирующие с аварийным трубопроводом 1, снабжены упругими герметизирующими элементами 6 для образования в рабочей камере замкнутой полости 7, а на закрытой части колпака 3 размещены узлы 8 крепления технологических трубопроводов 9, 10 для контролируемого отвода нефти из замкнутой полости 7 в накопительные емкости 11 на борту надводного судна 12 и подачи герметизирующего реагента из основной емкости 13 в замкнутую полость 7 рабочей камеры 2. Здесь и далее под термином «замкнутая полость» подразумевается конструктивная часть объема рабочей камеры 2, которая в состоянии фиксации на аварийном трубопроводе 1 ограничена стенками камеры 2, узлами 8 крепления технологических трубопроводов 9, 10, силовыми фиксирующими захватами 4 грейферного типа с упругими герметизирующими элементами 6 и, частично, стенками аварийного трубопровода 1, в других случаях данный термин является условным.

По крайней мере, один из узлов 8 содержат дистанционно управляемые регулируемые вентили (не показаны) для обеспечения контролируемого по расходу и давлению отвода нефти и быстродействующие запорные клапаны (не показаны) для полного перекрытия, в случае необходимости, выхода нефти из замкнутой полости 7. Узел 8 для контролируемой подачи в полость 7 указанного герметизирующего реагента также содержит регулируемые вентили и быстродействующие запорные клапаны (не показаны). В верхней части указанных узлов 8 имеются приспособления, например, в виде сильфонов для надежного крепления технологических трубопроводов 9, 10 с рабочей камерой 2, обеспечивающих их герметичное соединение, в том числе, при погружении, поворотах и фиксации камеры 2 на аварийном трубопроводе 1.

Колпак 3 рабочей камеры 2 на фиг.1 выполнен в форме параллелепипеда. В отдельных случаях колпак 3 может иметь форму цилиндра, части сферы или их комбинации, что определяется, в том числе, условиями погружения, типом используемого оборудования и т.п. Силовые фиксирующие захваты 4 выполнены в виде захватов грейферного типа, наиболее приспособленных для крепления рабочей камеры 2 на аварийном трубопроводе 1 с частичным разрушением стенок. При полном разрыве трубопровода 1 схема крепления рабочей камеры 2 может быть выполнена с соответствующими изменениями, например, по схеме, изображенной на фиг.3. Дистанционно управляемые приводы 5 выполнены в виде гидроцилиндров, входящих в состав автономной гидросистемы 14, расположенной на рабочей камере и содержащей баллоны с гидравлической жидкостью, насосы высокого давления, электродвигатели, блоки питания и управления, трубопроводную и запорную арматуру (не показаны).

Технологический трубопровод 10, выходящий из основной емкости 13, содержащей необходимый запас готового к применению герметизирующего алюмосиликатного реагента, подсоединен к одному из узлов 8 крепления в верхней части колпака 3 для подачи его в замкнутую полость 7 рабочей камеры 3. На колпаке 3 рабочей камеры 2 может быть размещена дополнительной емкость 15 для подачи указанного реагента или его компонентов в замкнутую полость 7 вместе или независимо от подачи через технологический трубопровод 10.

Следует отметить, что расчет поступления герметизирующего алюмосиликатного реагента из емкостей 13, 15 связан, в том числе, с расчетом времени прохождения реагента через технологический трубопровод 10 в замкнутую полость 7 и времени, необходимого для завершения процесса гелеобразования нефтяной эмульсии в рабочей камере 2. Для корректировки времени гелеобразования, например, его ускорения, из дополнительной емкости следует подавать вспомогательное количество герметизирующего алюмосиликатного реагента с меньшим временем гелеобразования или только его щелочного компонента. На фиг.1 дугообразной пунктирной линией условно обозначена динамически изменяющаяся граница между объемом нефти в замкнутой полости 7 и поступающим в нее объемом алюмосиликатного реагента и его компонентов из емкостей 13, 15.

Дистанционно управляемые средства для доставки и размещения рабочей камеры 2 в зоне выброса нефти содержат первый блок 16, расположенный в командном пункте на борту надводного судна 12 для управления процессом ликвидации аварийных выбросов нефти. Второй блок 17 для доставки рабочей камеры 2 в зону выброса нефти содержит лебедки 18 с тросами 19 для спуска с борта судна 12 несущей рамы 20 с закрепленными на ней рабочей камерой 2, третим и четвертым блоками 21, 22. Третий блок 21 предназначен для дистанционного освещения и визуального контроля взаимного расположения аварийного трубопровода 1 и рабочей камеры 2, а четвертый блок 22 предназначен для управления процессом изменения пространственного расположения рабочей камеры 2 относительно несущей рамы 20 и крепления на аварийном трубопроводе 1 с помощью дополнительных приводов 23, обеспечивающих необходимую длину частей тросов 24 между рамой 20 и колпаком 3 рабочей камеры 2. Тросы 24 могут быть заменены поворотными рычажными механизмами (не показаны).

Пятый блок 25 на борту судна 12 предназначен для энергообеспечения через герметичные силовые и коммуникационные кабели 26 аппаратуры и силовых агрегатов, входящих в состав рабочей камеры 2, в том числе, упомянутых блоков 21, 22, гидросистемы 14, приводов 23, дистанционно управляемых регулируемых вентилей и быстродействующих запорных клапанов в узлах 8 крепления технологических трубопроводов 9, 10 и в дополнительной емкости 15 для своевременной подачи герметизирующего алюмосиликатного реагента или его компонентов в замкнутую полость 7 вместе или независимо от его подачи через технологический трубопровод 10.

Для дополнительного контроля и обеспечения более полного и надежного функционирования предложенной системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов возможно использование в зоне аварии спускаемого на тросе или автономного дистанционно управляемого плавучего робототехнического комплекса 27, содержащего необходимые вспомогательные средства для освещения, визуального контроля и ориентирования положения рабочей камеры 2 относительно аварийного трубопровода 1, энергообеспечения его бортовой аппаратуры и блоков управления и силовых агрегатов, например, приводов (не показаны) манипуляторов 28.

На фиг.2 представлен вид сбоку на рабочую камеру 2 когда грейферные захваты 4 находятся в рабочем фиксированным относительно аварийного трубопровода 1 положении, то есть когда камера 2 плотно притянута к нему с помощью гидроцилиндров 5 в положение, при котором в камере 2 образуется герметичная замкнутая полость, обеспечивающая контролируемый вывод нефти из аварийного трубопровода 1 и/или подачу в данную полость герметизирующего алюмосиликатного реагента.

На фиг.3 показан вариант выполнения системы для ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин 29, когда аварийный трубопровод (на фиг.3 не показан) для отвода от нее нефти полностью оторван в области устья скважины 29. В данном случае колпак 3 рабочей камеры выполнен в виде цилиндра, в нижней части которого шарнирно закреплены четыре, крестообразно расположенных, грейферных захвата 30, преимущественно, прямоугольной в плане формы. Между ними размещены четыре вспомогательные герметизирующие пластины 31 треугольной формы, также шарнирно закрепленные в нижней части колпака 3. Взаимное смыкание концевых частей грейферных захватов 30 на скважине 29 и герметизирующих пластин 31 с боковыми сторонами захватов 30 под действием гидроцилиндров 32, 33 (при наличии соответствующих упругих уплотнений 34) обеспечивает необходимую герметичность и функционирование такой рабочей камеры при ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин 29.

Предложенная система функционирует следующим образом.

Данная система ликвидации аварийного выброса нефти из подводного нефтепровода или скважины относится к системам, использующим специальные камеры, которые должны накрывать места утечек для отвода нефти из скважины в нефтеналивные суда, а также к системам, обеспечивающим сбрасывание или введение коагулирующих, дисперсных и цементирующих веществ и материалов непосредственно в места утечки нефти.

В данном предложении (фиг.1) обеспечивается максимально быстрое размещение рабочей камеры 2 в зоне выброса нефти. Для этого с помощью первого и второго блоков 16, 17, расположенных на борту судна 12, обеспечивается доставка рабочей камеры 2 к аварийному трубопроводу 1 с помощью лебедок 18 с тросами 19 и несущей рамы 20, на которой закреплена рабочая камера 2. Спуск рабочей камеры 2 на заданную глубину в зону аварийного выброса нефти, а также закрепленных на ней технологических трубопроводов 9, 10 и герметичных силовых и коммуникационных кабелей 26 контролируется с помощью третьего блока 21, обеспечивающего дистанционный визуальный контроль взаимного расположения аварийного трубопровода 1 и рабочей камеры 2. Ориентирование и крепление рабочей камеры 2 на аварийном трубопроводе 1 обеспечивают дополнительные приводы 23, размещенные на раме 20 и управляемые с помощью второго, четвертого и первого блоков 17, 22, 16. При этом необходимое положение колпака 3 рабочей камеры 2 относительно трубопровода 1 задается с помощью изменения соответствующей длины частей тросов 24 между рамой 20 камерой 2.

При максимально возможном сближении рабочей камеры 2 и аварийного трубопровода 1 по контролем блоков 21, 16 срабатывают дистанционно управляемые приводы в виде гидроцилиндров 5, которые поворачивают до контакта с аварийным трубопроводом 1 шарнирно укрепленные в открытой части колпака 3 силовые фиксирующие захваты 4 грейферного типа. Приводы 5 приводятся в движение давлением гидравлической жидкости из автономной гидросистемы 14, расположенной на рабочей камере 2. При этом части колпака 3 и захватов 4, контактирующие с аварийным трубопроводом 1, уплотняются посредством упругих герметизирующих элементов 6, вследствие чего в рабочей камере образуется замкнутая полость 7. С этого момента, выходящая из аварийного трубопровода 1 нефть, под давлением поступает из скважины в рабочую камеру 2, заполняет ее полость 7 и затем поступает через узел 8 крепления снабженный дистанционно управляемыми регулируемыми вентилями и быстродействующими запорными клапанами, в технологический трубопровод 9 для контролируемого отвода нефти из замкнутой полости 7 в накопительные емкости 11 на борту судна 12.

В период отбора нефти из аварийного трубопровода 1 через технологический трубопровод 9 на борт судна 12 можно начинать герметизацию зоны выброса нефти сначала в полости 7 рабочей камеры 2 при наличии оттока нефти через технологический трубопровод 9. Для этого через технологический трубопровод 10 в полость 7 подают, в контролируемом по расходу и давлению режиме, необходимое количество герметизирующего алюмосиликатного реагента из основной емкости 13 на борту судна 12. В случаях малого расхода нефти из разрыва в аварийном трубопроводе 1 возможна независимая подача алюмосиликатного реагента из дополнительной емкости 15, содержащей необходимый запас этого вещества, а при значительных расходах нефти возможна совместная подача реагентов из емкостей 13 и 15. В других случаях возможно полностью перекрыть отбор нефти из рабочей камеры с помощью быстродействующего запорного клапана в узле 8 крепления технологического трубопровода 9. Это дает время для принятия неотложных мер по ремонту нефтепровода и обеспечивает более эффективные условия гелеобразования в полости 7 рабочей камеры 2.

Энергообеспечение указанной аппаратуры и силовых агрегатов, в том числе, блоков 21, 22, гидросистемы 14 и приводов 23 обеспечивается через силовые и коммуникационные кабели 26 с борта судна 12. Комплекс необходимого оборудования в виде первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков обеспечивает заданное функционирование рабочей камеры 2 и управление процессом ликвидации аварийных выбросов нефти с помощью подготовленного обслуживающего и управляющего персонала. Для повышения надежности функционирования предложенной системы в зоне аварии используют спускаемый или автономный дистанционно управляемый плавучий робототехнический комплекс 27, который обеспечивает дополнительный визуальный контроль за положением рабочей камеры 2 и захватов 4 относительно аварийного трубопровода 1 с возможностью выполнения некоторых вспомогательных операций с помощью манипуляторов 28.

Подача в заданный момент в полость 7 рабочей камеры 2 компонентов герметизирующего алюмосиликатного реагента по истечении некоторого расчетного промежутка времени обеспечивает снижение или полное прекращение самопроизвольного выхода нефти за счет создания в рабочей камере 2 пробки из гелеобразного материала, сформированной на основе взаимодействия нефтяной эмульсии и указанного реагента. Для решения данной задачи в ОИВТ РАН представителями авторского коллектива были проведены необходимые исследования по иммобилизации на длительный промежуток времени жидких веществ с их преобразованием в минерально-матричную систему в виде устойчивого минерального геля (см. патент РФ 2291004, опубл. 10.01.2007). Иммобилизацию различных веществ, в том числе, жидких углеводородов, осуществляют путем их смешивания с раствором связующего материала в виде алюмосиликатного раствора в 10-20% растворе серной или соляной кислоты с последующей желатинизацией смеси в закрытой емкости в виде минерально-матричной системы. С целью определения эффективности иммобилизации были проведены экспериментальные работы по смешиванию различных веществ с заранее приготовленным жидким алюмосиликатным раствором, который при взаимодействии с жидкими веществами образует эмульсию.

Экспериментально было определено, что рН полученного алюмосиликатного раствора должен находиться в диапазоне 2,8-3,1, который является оптимальным для самопроизвольной желатинизации смеси. При этом частички стороннего жидкого вещества капсулируются в структуре эластичного алюмосиликатного геля и не могут контактировать друг с другом. Время желатинизации смеси можно регулировать в широких пределах от нескольких минут до суток добавлением в нее заданного количества щелочи, что представляет большие возможности для разработки необходимой технологии связывания жидкостей в минерально-матричную систему. В качестве примера, подтверждающего эффективность желатинизации нефти в алюмосиликатном растворе, в лабораторных условиях смешивали в механической мешалке бутанол (промежуточный продукт нефтехимических производств) с алюмосиликатным раствором и заполняли смесью емкость с одновременной подачей в эмульсию 12% раствора NaOH. Желатинизация эмульсии закончилась через 15-20 мин. с образованием достаточна прочного эластичного геля.

Находящаяся в замкнутой полости 7 рабочей камеры 1 нефть, иммобилизованная в минерально-матричной системе эластичного геля, обеспечивает надежную герметизацию зон аварийного выброса нефти. Образованный в результате гель при этом длительное время (годы) не стареет и не теряет начальной прочности и эластичности. Такое выполнение предложенной полезной модели позволяет создать достаточно надежную и недорогую систему ликвидации аварийных выбросов нефти и на ее основе организовать разработку эффективной технологии защиты морских нефтедобывающих платформ от возможных катастрофических последствий при разрушении глубоководных скважин и нефтепроводов, в том числе, путем создания на больших глубинах условий для снижения или полного прекращения самопроизвольного выхода нефти.

1. Система ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов, содержащая оборудование для их герметизации со средствами для доставки и размещения в зоне выброса нефти, отличающаяся тем, что указанное оборудование содержит рабочую камеру, выполненную в виде колпака с шарнирно укрепленными в его открытой части силовыми фиксирующими захватами, снабженными дистанционно управляемыми приводами, причем части колпака и захватов, контактирующие с аварийным трубопроводом, снабжены упругими герметизирующими элементами для образования в рабочей камере замкнутой полости, а на закрытой части колпака размещены узлы крепления технологических трубопроводов для контролируемого отвода нефти из замкнутой полости в накопительные емкости на борту надводного судна и подачи герметизирующего реагента в замкнутую полость рабочей камеры.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что колпак рабочей камеры выполнен в форме параллелепипеда, цилиндра, части сферы или их комбинации, силовые фиксирующие захваты выполнены, преимущественно, в виде захватов грейферного типа, приспособленных для крепления рабочей камеры на аварийных трубопроводах с частичным или полным разрушением стенок, а приводные механизмы выполнены, преимущественно, в виде гидроцилиндров, входящих в состав автономной гидросистемы, расположенной на рабочей камере.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что на борту надводного судна установлена основная, а на колпаке дополнительная емкости для контролируемой подачи в замкнутую полость рабочей камеры герметизирующего алюмосиликатного реагента или его компонентов.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что дистанционно управляемые средства для доставки и размещения рабочей камеры в зоне выброса нефти содержат первый блок, расположенный на борту надводного судна для управления процессом ликвидации аварийных выбросов нефти, второй блок для доставки рабочей камеры в зону выброса нефти, третий блок для дистанционного визуального контроля положения аварийного трубопровода и рабочей камеры, четвертый блок для ее ориентирования и крепления на аварийном трубопроводе и пятый блок для энергообеспечения аппаратуры и силовых агрегатов, в том числе, входящих в состав рабочей камеры, причем второй блок содержит лебедки с тросами для спуска с борта надводного судна несущей рамы с закрепленной на ней рабочей камерой.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что дистанционно управляемые средства для доставки и размещения оборудования в зоне выброса нефти содержат автономный плавучий робототехнический комплекс, выполненный с возможностью дополнительного контроля и обеспечения функционирования системы ликвидации аварийных выбросов нефти из глубоководных скважин и нефтепроводов.