DE2834033A1

DE2834033A1 - Automatische rohranschlussvorrichtung

Info

Publication number: DE2834033A1
Application number: DE19782834033
Authority: DE
Inventors: Georges Thominet
Original assignee: SEAL PARTICIPANTS HOLDINGS Ltd
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1979-02-15
Also published as: CA1113381A; US4274664A; GB2002078A; NL7807959A; GB2002078B; IT1097989B; NL183779C; AU526787B2; FR2399609A1; BR7804975A; DE2834033C2; IT7826320A0; NL183779B; AU3865778A; NO150055B; NO150055C; FR2399609B1; NO782668L

Description

DIPL.-NG W(LrHID RAECK

PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

- C 110 -

Seal Participants (Holdings) Limited Hamilton, Bermuda

Automatis ehe Rohranschlußvorri chtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Verbindung von zwei rohrförmigen Leitungen _f von denen wenigstens eine vertikal verläuft und bei denen die zu verbindenden Abschnitte nicht zueinander ausgefluchtet zu sein brauchen.

Anschlüsse oder Verbindungen dieser Art sind besonders dort anzutreffen, wo unterseeische Produktionseinrichtungen für Erdöl oder Erdgas zu installieren sind. Wenn eine unterseeische Tiefbohrung niedergebracht worden ist, wird manchmal von do-rt aus eine Produktionssammelleitung verlegt, um die Förderprodukte einer Verarbeitungseinrichtung sowie dem erwünschten Speicher zuzuführen. Zu diesem Zweck muß das Ende dieser Sammelleitung mit dem die Steuerventile für das Bohrloch enthaltenden Ventilblock verbunden werden, den man an den Bohrlochkopf anschließt.

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Dabei treten trotz der getroffenen Vorsichtsmaßnahmen häufig Abweichungen zwischen den Lagen und dem Verlauf der Achsen der Rohrleitungsenden auf, die miteinander verbunden werden sollen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der insbesondere unter den genannten Bedingungen dennoch ein automatischer Anschluß- bzw. Verbindungsvorgang zwischen den Rohrleitungsenden durchgeführt werden kann.

Eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung einer Verbindung zwischen einem Ende einer Rohrleitung, die an einen Block angeschlossen ist, der senkrecht auf einen unterseeischen Bohrlochkopf abgesenkt wird, und einem Ende einer ortsfesten Rohrleitung, wobei die beiden Rohrleitungsenden Hauptbestandteile eines automatischen Rohrverbinders bilden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung halbstarr ist und einen mit dem Block verbundenen starren Abschnitt aufweist, und daß die Enden, welche die Steck- und Steckaufnahmeabschnitte des Rohrverbinders zur ortsfesten Rohrleitung bilden, mit Oberflächen ausgestattet sind, die eine Annäherung der Rohrachsen und der Ausfluchtung derart bewirken, daß im Laufe des Absenkens des Blockes der Rohrverbinder aufgrund der gemeinsamen Wirkung der Verschiebung der Oberflächen des Rohrverbinders in Richtung auf die ortsfeste Rohrleitung sowie der Biegung des flexiblen Abschnittes der halbstarren Rohrleitung seine Achsen in eine Ausfluchtungsstellung bringt, anschließend seine für den Anschluß maßgebende Endstellung erreicht und durch fortgesetzte Absenkbewegung des starren Abschnittes eine Verriegelung entstehen läßt.

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Sicherstellung der Verbindung von Rohrleitungsenden bei einem Anschlußsystem der beschriebenen Art, wenn die Abweichung der Achsen des Rohrverbinders in einem relativ großen Bereich variiert, wozu man dem flexiblen Abschnitt der Anschlußvorrichtung einen schraubenlinienförmigen Verlauf gibt, während der mit dem Block verbundene starre Abschnitt eine Versteifungseinrichtung aufweist, die an der halbstarren Rohrleitung gelenkig befestigt ist. Die gelenkig angeschlossene Versteifungseinrichtung kann aus einem Hydraulikzylinder bestehen.

Eine Anschlußvorrichtung dieser Bauart ist insofern besonders vorteilhaft, als eine gleichzeitige Verbindung des Ventilblockes mit dem Bohrlochkopf und der halbstarren Rohrleitung mit der Sammelleitung nicht erforderlich ist. Der Hydraulikzylinder braucht lediglich in eingefahrenem Zustand gehalten zu werden, um zunächst die Verbindung zwischen dem Ventilblock und dem oberen Ende des unterseeischen Bohrlochkopfes herzustellen, worauf in einem zweiten Arbeitsgang der Hydraulikzylinder ausgefahren wird, um den Anschluß an die Sammelleitung herzustellen, wobei der Hydraulikzylinder sich an dem starren Abschnitt der Verbindung zum Ventilblock abstützt.

Auf diese Weise läßt sich der Betätigungsvorgang des Hydraulikzylinders leicht überwachen und ein einwandfreier Anschlußvorgang mit dem Rohrverbinder sicherstellen. Dieser überwachung kommt um so mehr Bedeutung zu, wenn die Vorgänge des Anschließens des Ventilblockes und der Sammelleitung in großer Meerestiefe und ohne die üblichen Führungsvorrichtungen mit Hilfe von Seilen oder Führungssäulen durchgeführt werden.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Anschlußvorrichtung zur gleichzeitigen Verbindung des Ventilblockes mit dem Bohrlochkopf und mit dem Anschluß der Sammelleitung,

Fig. 2-4 schematische Seitenansichten während verschiedener Phasen des Anschlußvorganges entsprechend verschiedener Ausfahrstellungen eines Hydraulikzylinders und

Fig. 5 einen vergrößerten schematischen Längsschnitt durch die Enden der Anschlußvorrichtung und der Rohrleitung während des Anschlußvorganges.

Da hydraulische Rohrverbinder bekannt sind, ist in Fig. 1 der Rohrverbinder 3, der dem Ventilblock 2 zur Steuerung des Bohrlochkopfes 1 zugeordnet ist, nur schematisch eingezeichnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf einer Basisplatte 7 eine Aufnahme 8 beliebiger geeigneter Bauart abgestützt, um die Sammelleitung 9 mit Hilfe eines Befestigungsglieder 5 zu positionieren. Ein mit dem Ventilblock 2 starr verbundener Ausleger 16 ist an das Ende eines waagerechten flexiblen Abschnittes der Rohrleitung 10 mit Hilfe einer Versteifungseinrichtung 13 angeschlossen, die an der Stelle 17 gelenkig an den Ausleger 16 und an der Stelle 18 gelenkig an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist.

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Der Anschluß 4 der halbstarren Verbindungsleitung 10 am Ventilblock 2 kann beliebiger geeigneter Art sein, da der Ausleger 16 starr ist und das Ende der Verbindungsleitung IO eine gewisse Flexibilität aufweist. Positionlereinrichtungen gewährleisten eine sachgerechte Ausrichtung des Ventilblocks 2 _e damit das Ende 11 der Verbindungsieitung 1O und das Ende 12 der festgelegten Sammelleitung 9 übereinander zu liegen kommen. Solche Positioniereinrichtungen sind an sich bekannt und hier nicht näher beschrieben» da sie nur mittelbar zur Erfindung gehören. Ungeachtet einer sachgemäßen Ausrichtung des Ventilblockes 2 können die Achsen 14 und 15 der Rohrleitungsenden 12 bzw« 11 sich in einer gewissen Abweichung befinden, die sich verringert, wenn die aus Ventilblock 2 und dem Verbinder 3 bestehende Einheit auf das Ende der Bohrlochverrohrung 1 aufgesetzt wird. Im taufe dieser Absenkbewegung erfolgt die Ausfluchtung der Achsen 14 und 15 der Rohrleitungsenden 11 und 12_P wobei das Rohrleitungsende 11 den eigentlichen Rohrverbinder zwischen der Röhrleitung 1O mit dem Ende 12 der Rohrleitung 9 bildet, aufgrund der besonderen Kombination der Oberflächen des Steckabschnittes 12 und des Steckaufnahmeabschnittes 11, deren Einzelheiten in FIg. 5 gezeigt sind.

Diese Oberflächen sind so ausgebildet, daß sie zunächst dahin wirken, um die Entfernung zwischen den Achsen 14 und 15 zu verringern und um sie anschließend zur Ausfluchtung zu bringen, wobei einerseits die Elastizität der Rohrleitung 1O ausgenutzt wird und andererseits die seitliche Aussteifung aufgrund der Gelenksteilen 17 und 18 der Versteifungseinrichtung 13 sowie die vertikale Versteifung aufgrund des Zusammenwirkens zwischen dem starren Ausleger 16 und der Versteif ungseinricatung 13.

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Der Rohrverbinder 11 enthält an seinem Unterteil einen ersten konischen Abschnitt 24, der zur Annäherung der Achsen 14 und 15 dient und an den sich eine Übergangsfläche 26 zu einem zylindrischen Abschnitt 28 anschließt, dem nach oben eine sich konisch verjüngende Gleitfläche 30 folgt. Die Höhen der zylindrischen Fläche 28 und der konischen Fläche 3O sind so gewählt, daß sie mit einer zylindrischen Fläche 33 und einer Anschlußflache 25 des Steckabschnittes 12 zusammenwirken, um allmählich die Abweichung der Richtung der Achsen 14 und 15 zu reduzieren, was man bei Betrachtung der eingezeichneten Reaktionskräfte F erkennt, die an den Berührungsstellen A und B eingezeichnet sind und die ein den Fehlerwinkel der Aufluchtung beseitigendes Kräftepaar erzengen. Mach Ausfluchtung der Achsen 14 und 15 kommen die Sitzflächen 22 des Rohrverbinders 11 mit den Oberflächen 23 des Rohrleitungsendes 12 zur Anlage.

Man erkennt, daß die konischen Oberflächen oder Anschlußflachen eine geringe Meigung haben, um die Biegungsbeanspruchungen der Verbindungsleitung 1O während des Vorganges der Ausrichtung der Achsen gering zu halten. Aufgrund des für dieAnschlußflachen, z.B. für die Anschlußflache 25 vorgesehenen Profils wird während des Anschlußvorganges ein Anhalten beim Hineingleiten des Rohrleitungsendes in die Steckaufnahme 11 vermieden, und die in gegenseitiger Berührung befindlichen Oberflächen ändern sich nicht.

Die Anschlußfläche 26 der Steckaufnahme 11 wirkt mit der konischen Oberfläche 35 des Abschnittes 12 zusammen, um die Oberfläche 28 um die Zylinderfläche 37 herumzuführen. An den oberen Enden des Rohrverbinders wirken, die Zylinder-

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flächen 27 und 42 zusammen, um zusammen mit den 0ber~ flächen 22 und 23 eine Positionierung der Oberflächen 31 und 36 zu bewerkstelligen und um die an der Stelle 38 schematisch angedeuteten Verriegelungszapfen an Ort und Stelle zu bringen. Die Anschlußprofile 32, 34 und 40 der Steckaufnahme 11 sowie die Profile 25, 29 und die Anschlüsse der Oberflächen 31 und 33 sind ebenfalls so gewählt und bemessen, daß die Abschnitte 11 und 12 möglichst leicht ineinandergleiten und ihre endgültigen Verriegelungsstellungen einnehmen. Man braucht somit lediglich ähnliche Anschluß- bzw. Annäherungsbewegungen wie zwischen dem Ventilblock 2 und dem Bohrlochkopf 1 mit Hilfe des Rohrverbinders 3 vorzunehmen, um die Rohrleitung 10 mit Hilfe des Rohrverbinders 11 an die Sammelleitung 9 anzuschließen, indem man den miteinander zu verbindenden Bauteilen die gleiche Vertikalrichtung erteilt, so daß durch Absenken oder Heraufziehen des Ventilblocks 2 die Anschlüsse hergestellt bzw. gelöst werden. Auf diese Weise lassen sich trotz der anfänglichen Abweichungen der Lage und der Richtung zwischen den Achsen 14 und 15 sichere und abgedichtete Anschlüsse herstellen.

Die Erfahrung zeigt, daß, wenn die Abweichungen größer werden bzw. eine gewisse Bedeutung erreichen, die Flexibilität der Rohrleitung 10 erhöht werden kann, indem man

ihr einen schraubenlinienförmigen Verlauf gibt, wie er für die Rohrleitung 20 in Fig. 2 gezeigt ist.

Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2-4 wird die erhöhte Flexibilität der Verbindungsleitung 20 ausgenutzt, um die Verbindung zwischen den Abschnitten 11 und 12 des Rohrverbinders zu erleichtern, wobei der eine Abschnitt am Ende der Verbindungsleitung 20 und der andere am Ende der Sammelleitung 19 befestigt sit, wobei die Art der Fixierungs-

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einrichtung 45 auf der Basisplatte 21 belie-t-big sein kann. Der dem hydraulischen Verbinder 53 zugeordnete Ventilblock 52 ist in Fig. 2 - 4 in seiner Anschlußstellung auf dem oberen Ende der Verrohrung des Bohrloches 1 eingezeichnet. Der Ventilblock 52 trägt die halbstarre Verbindungsleitung 20, die mittels einer versteiften Muffe 46, welche die gleiche Funktion wie die Versteifungseinrichtung 16 nach Fig. 1 ausübt, an den Anschluß 44 des Ventilblockes herangeführt ist. Auf übereinanderliegenden Windungen der gewendelten Verbindungsleitung 20 sind Gelenkanschlüsse 47 und 48 angeordnet, an denen die Kolbenstange 51 des Hydraulikzylinders 50 bzw. das Anschlußauge 54 des Zylinders gelenkig gehaltert sind. Die Gelenkstelle 48 kann zu einem mit der Rohrleitung 20 verbundenen Tragteil 39 gehören, während die Gelenkstelle 47 auf einer Achse 49 zwischen den Tragteilen 55 gelagert ist.

Obwohl der Ventilblock 52 bereits auf dem oberen Ende der BohrlochkopfVerrohrung 1 angeschlossen ist, befinden sich nach Fig. 2 das Ende 11 der Verbindungsleitung 20 und das Ende 12 der Sammelleitung 19 noch zueinander entfernt. Sobald der Anschluß hergestellt werden soll, wird der Hydraulikzylinder 15 über nicht gezeigte Anschlußleitungen betätigt, so daß er in die Stellung nach Fig. 3 gelangt, die den Zeitpunkt wiedergibt, wo aufgrund der Zentrierungswirkung der Steckaufnahme 11 der Steckabschnitt 12 in dem zylindrischen Abschnitt 28 einzubringen beginnt. Sobald dieser Zustand erreicht worden ist, kann man den Hydraulikzylinder 50 weiter betätigen, bis er in die in Fig. 4 gezeigte Endstellung gelangt. Durch Abstützung an der Gelenkstelle 47 , die mit der starren Anschlußmuffe

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46 verbunden ist, bewegt das Ende 54 des Hydraulikzylinders 50 die Steckaufnahme 11 über den Steckabschnitt 12, so daß die Berührungsstellen A und B in Fig. 5 zwischen ihren Oberflächen die Achsen 14 und 15, wie oben beschrieben, zur Ausfluchtung bringen. Während dieses Vorganges der Ausfluchtungschwenkt der Hydraulikzylinder 50 um seine Anlenkstellen 47 und 48, während das untere Ende 54 der gewendelten Verbindungsleitung 20 sich von dem Ende der Verstärkungsmuffe 46 entfernt. Nachdem der Anschluß zwischen den Abschnitten 11 und 12 des Rohrverbinders hergestellt worden ist, wird mit Hilfe der Verriegelungsnocken 38 gemäß Fig. 5 die Verriegelung betätigt. Die dazu erforderlichen Steuerungen und Anschlüsse sind üblicher Art und brauchen daher nicht mehr erläutert zu werden.

Die beschriebene Anschlußvorrxchtung bezieht sich nicht nur auf die Verbindung eines einzigen Rohres oder einer einzigen Sammelleitung an eine Verbindungsleitung, sondern auch auf beliebige Anschlüsse einfacher Verbindungen oder mehrfacher Verbindungen, also auch mit mehreren Rohrleitungen, die einem Mehrfach-Rohrverbinder zugeordnet sind.

Es erübrigt sich, die Achse des Endes der Sammelleitung parallel zur Achse des Bohrloches zu legen. Wenn der Ventilblock 52 an den Bohrlochkopf 1 angeschlossen ist, kann man auch einen Hydraulikzylinder mit waagerechter Achse benutzen, um das mit waagerechter Achse verlaufende Ende der Sammelleitung an einen Rohrverbinder mit waagerechter Achse anzuschließen, der am Ende einer wendelförmig angeordneten Verbindungsleitung befestigt ist, wobei die Längsachse der Wendel waagerecht verläuft. Der Anschlußvorgang ist dann im wesentlichen identisch mit dem,

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wie er in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 2-4 beschrieben worden ist.

Darüberhinaus kann die Erfindung in allgemeinerer Form bei beliebigen Anschlüssen zwischen zwei Rohren Anwendung finden, wobei der Rohrverbinder an der halbstarren Verbindungsleitung vorzugsweise eine vertikale Achse dann aufweist, wenn es erwünscht ist, den die Verbindugnsleitung tragenden Block, beispielsweise einen Ventilblock, durch einfache Vertikalbewegung zurückzuziehen und dadurch zu lösen. Unabhängig von der Richtung der Achse der Sammelleitung läßt sich in sämtlichen Fällen die Anwendung besonderer Werkzeuge oder Hilfseinrichtungen vermeiden, und darüberhinaus erübrigen sich Führungssysteme für die Absenkbewegung mit Hilfe von Seilen und Führungssäulen, Diese Vorteile erlangen insbesondere dadurch Bedeutung, daß der Anschlußvorgang in großen Meerestiefen durchge führt werden kann, und daß diese Anschlußart die überführung von WErkzeugen oder Hilfsmitteln durch Pumpen ermöglicht, sofern die Krümmungsradien der Anschlußleitungen groß genug sind.

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Claims

DlPL--I1MG. W1LFHID RAECK PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 Seal Participants (Holdings) Limited Hamilton, Bermuda - C 110 - Patentansprüche

1. Automatische Rohranschlußvorrichtung zwischen einer an einen Block, z.B. einen Ventilblock angeschlossenen Verbindungsleitung, der zum Anschluß an einen unterseeischen Bohrlochkopf abgesenkt wird, und dem Ende einer eingetauchten ortsfesten Rohrleitung, z.B. Sammelleitung, wobei mindestens eines der Enden einen automatischen Rohrverbinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die anzuschließende Verbindungsleitung (10? 20) eine halbstarre Rohrleitung ist, die einen an den Block (2) angeschlossenen starren Abschnitt aufweist, und daß die den Steckabschnitt (12) und den Steckaufnahmeabschnitt (11) bildenden Enden des Rohrverbinders für die Sammelleitung jeweils mit Oberflächen (24 bis 35) augestattet sind, eine Annäherung der Rohrachsen und deren Ausfluchtung derart bewirken, daß im Laufe des Absenkens des an die halbstarre Rohrleitung (1.0; 20) angeschlossenen Rohrverbinders sich die Achse (15) des Rohrverbinders (11) der Achse (14) der ortsfesten Rohrleitung (9) annähert und die Achsen zur Ausfluchtung gebracht werden durch die kombinierte Bewegung der Oberflächen des Rohrverbinders und der Verformung der halbstarren Rohrleitung (10? 20), wobei der Anschluß und die Verriegelung durch Absenken des starren Abschnittes erfolgt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Abschnitt aus einem mit dem Block (2) verbundenen Ausleger (16) sowie einer Versteifungseinrichtung (13) besteht, die an dem Ausleger sowie an der halbstarren Rohrleitung (10; 20) gelenkig angeschlossen ist.

3o Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbstarre Rohrleitung (20) in einem schraubenlinienförmigen Verlauf angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal absenkbare Ventilblock (2) mit einem automatischen Verbinder (3) versehen ist, dessen Hubbewegung zum Anschluß an den Bohrlochkopf die gleiche ist wie die Hubbewegung zum Anschluß des Rohrverbinders der halbstarren Rohrleitung in Richtung auf das Ende der Sammelleitung (9), wobei die Achsen (14, 15) der anzuschließenden Abschnitte vertikal verlaufen, so daß durch Absenken oder Heraufholen des Blockes der Anschluß oder die Entkupplung sämtlicher automatischer Rohrverbinder mit dem Bohrloch und der Sammelleitung bewirkt werden»

5o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungseinrichtung aus einem Hydraulikzylinder (13) besteht, dessen Kolbenstange und dessen Zylinderende an einem starren Abschnitt bzw. an einem flexiblen Abschnitt der halbstarren Rohrleitung gelenkig befestigt sind=

6 ο Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet.,, daß der starre Abschnitt der halbstarren Rohrleitung

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durch eine Verstärkungsmuffe in einem horizontalen Abschnitt der Rohrleitung hergestellt ist, während der flexible Abschnitt aus einem gewendelten Verlauf besteht, der an den horizontalen Abschnitt anschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkanschluß der Kolbenstange auf dem starren Abschnitt am Ende des waagerechten Abschnittes der Verbindungsleitung oder seines Trägers bzw. Auslegers angeordnet ist, während die Gelenkstelle des Zylinderendes am Ende des wendeiförmigen Verlaufes der halbstarren Rohrleitung vorgesehen ist, so daß bei Übereinstimmung der Achse des Verbinders am Ventilblock mit der Achse der Bohrlochverrohrung und bei Ausrichtung des Verbinders zum Zweck seines Anschlusses an das Bohrloch die Achse (14) des Endes (12) der:Sammelleitung (9) an einer Stelle innerhalb der Kontur der Annäherungsober fläche für die Achsen des Rohrverbinders zwischen der halbstarren Rohrleitung und der Sammelleitung vorbeigeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennaeLchnet, daß der Hub des Hydraulikzylinders größer ist als die Entfernung des Anschlusses zwischen dem Rohrverbinder zwischen dem halbstarren Rohr und dem Ende der Sammelleitung, wenn der Ventilblock an dem Bohrlochkopf angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die halbstarre Rohrleitung mindestens einen wendeiförmigen Abschnitt aufweist, und daß der Rohrverbinder der Verbindungsleitung sowie das Ende der Sammelleitung

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waagerechte Achsen aufweisen, die benachbart und im wesentlichen zueinander parallel verlaufen, wenn der dem Ventilblock zugeordnete Verbinder an den Bohrlochkopf angeschlossen ist.

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