DE2940297A1

DE2940297A1 - Anordnung zum dichten verbinden von steigrohren fuer bohrinseln o.dgl.

Info

Publication number: DE2940297A1
Application number: DE19792940297
Authority: DE
Inventors: Pierre Albert Beynet; Jun Martin Bernhard Jansen; James Elvin Lucksinger
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1978-10-04
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1980-04-24
Also published as: SG81883G; IT7950443A0; SG81983G; GB2107813B; FR2438225B1; GB2032561B; NL7907311A; GB2032561A; ES484700A1; IT1164717B; US4293146A; GB2107813A; NO793178L; FR2438225A1; JPS5591484A; CA1127963A

Description

_ Q —

Anordnung zum dichten Verbinden von Steigrohren für Bohrinseln

od.dgl.

Die Erfindung bezieht sich in ersxer Linie auf eine auf einer Wassermasse schwimmende Struktur» Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zugverbindungsanordnung (tieback tool) zum dichten Verbinden eines ersten Rohrteils oder Steigrohres, das an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter angehängt ist, mit einem Mantelrohr, das in das Bohrloch im Boden am Grund des Wassers hängt.

In den letzten Jahren wurde es wünschenswert, einen Schwimmbehälter zu verwenden, um von diesem Bohrlöcher auf See zu bohren, Viele dieser Strukturen wurden durch übliche Spanndraht-Verankerung oder aarch Antriebsschubeinheiten an Ort gehalten. Ein System bei Schwimmbehältern, das Beachtung für das Bohren von Bohrlöchern oder die Produktion in Wasser erhält, ist die vertikal verankerte Plattform (VMP), wie sie in der US-PS 36 48 638 vom 14.März 1972 beschrieben ist. Ein wesentliches Merkmal dieser vertikal verankerten Plattform ist es, dass die schwimmende Plattform mit der Verankerungseinrichtung am Meeresboden nur durch langgestreckte parallele Elemente verbunden ist, die vorzugsweise Leitungen mit grossem Durchmesser, übli cherweise "Steigrohre" genannt, sind. Diese langgestreckten Elemente oder Steigrohre v/erden durch einen Überschuss an Auftrieb der Plattform auf Zug gehalten. Bei diesem System werden vorzugsweise mehrere konzentrische Mantelrohre in den Meeresgrund eingesetzt und in ihrer Lage festgelegt. Entsprechend verlaufen konzentrische Steigrohre oder Mantelrohrstränge vom Meeresboden zum Schwimmbehälter. Die Erfindung beschreibt eine neue Anordnung zum dichten Verbinden der entsprechend gesetzten Mantelrohre mit den entsprechenden Steigrohren, die von dem Bodenbefestigungssystem der gesetzten Mantelrohre zum Schwimmbehälter verlaufen.

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Die US-Pat.Anm. No. 8 99 608 vom 24.April 1978 beschreibt ein Verankerungssystem, das konzentrische Mantelrohrstränge verwendet, die im Meeresboden gesetzt sind, und die mit konzentrischen Rohrsträngen in den Steigleitungen verbunden sind, die von den gesetzten Mantelrohren zum Schwimmbehälter verlaufen.

Bisher wurden Steigrohre mit den Mantelrohren durch mechanische Verbindungen verbunden. Es ist bekannt, dass keines dieser Systeme eine besondere Bajonettverbindung und Dichtungsanordnung zeigt, die Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist. Bajonettverbindungen bei Absetz- und Wiedergewinnungseinrichtungen sind an sich bekannt, z.B. aus der US-PS 36 05 414.

Die Erfindung betrifft eine Zugverbindungsanordnung zum dichten Befestigen eines ersten Rohrs (z.B. eines Steigrohrs), das an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter aufgehängt ist,mit einem Mantelrohr, das in ein Bohrloch hängt und vorzugsweise im Boden am Grund des Wassers festgelegt ist. Dabei ist ein inneres Rohrteil mit einem Bajonettschlitz an seiner Aussenfläche und einem Halsabschnitt mit einer Wanddicke t^ vorgesehen. Ferner ist ein über das innere Rohrteil aufsteckbares äusseres Rohrteil vorgesehen, das einen Zapfen an seiner Innenfläche aufweist. Das äussere Rohrteil hat einen Abschnitt mit einer Dicke tp· Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wanddicke t₂ grosser als t-, und der Halsabschnitt mit einer Dicke t.j hat eine wesentlich grössere radiale Expansion unter einem vorbestimmten Innendruck. Eine Dichtung ist zwischen dem Halsabschnitt des inneren Rohrteils und dem Abschnitt des äusseren Rohrteils vorgesehen und wird durch die grössere radiale Expansion des Halsabschnitts des Innenteils zur Wirkung gebracht ·

Bei einer anderen Ausführungsform sind Mehrfach-Bajonettverbindungen in Längsrichtung in Abstand entlang der Wände der zu verbindenden Rohrteile angeordnet. So sind z.B. zwei Längsschlitze und zwei damit zusammenwirkende in Längsabstand

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liegende Bajonettzapfen vorgesehen. Eine besonders ausgebildete Anordnung ist so vorgesehen, dass jeder Zapfen genau in den im zugeordneten Bajonettschlitz eingreift. Auch sind besondere Konstruktionsanordnungen zum Ausrichten der radial in Abstand liegenden Bajonettschlitze vorgesehen.

Die Erfindung betrifft also einen speziellen Bajonettschlitzverbinder für das Verbinden von konzentrischen Steigrohren und Mantelrohren von einer Struktur an der Oberfläche einer Wassermasse zu entsprechenden konzentrischen Mantelrohren, die im Meeresboden gesetzt sind. Die Verbinder können Zugverbindungsanordnung ("tieback tool") genannt werden, zum dichten

an Verbinden eines ersten Rohrteils, das/einem in einer V/assermasse schwimmenden Behälter aufgehängt ist, mit einem Mantelrohr, das in ein Bohrloch im Boden am Grund des Wassers hängt. Es sind besondere axial fluchtende Mehrfach-Bajonettanordnungen zusammen mit Einrichtungen vorgesehen, um eine genaue Herstellung der Bajonettverbindung zu ermöglichen. Ferner sind Mittel zum genauen Ausrichten von in Umfangsrichtung in Abstand liegenden Bajonettverbindungen vorgesehen. Spezielle selbstdichtende Dichtungen sind ebenfalls vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 schematisch eine Schrägansicht auf eine vertikal verankerte Bohrplattform mit vom Meeresboden zur Schwimmkonstruktion verlaufenden Steigrohren,

Fig. 2 schematisch die Verbindung zwischen am Grund der Wassermasse eingesetzten konzentrischen Mantelrohrsträngen und den damit zusammenwirkenden,zur Schwimmkonstruktion verlaufenden konzentrischen Rohrsträngen,

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Pig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung mit einer Bajonettverbindung mit selbstaufbauender Dichtung,

Pig. 4 die besondere in der Anordnung genäss Pig. 3 verwendete Bajonettanordnung,

Pig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 mit Ausnahme, dass Pig. 5 eine Anzahl in Längsrichtung in Abstand liegender Bajonettverbindungen zeigt,

Fig. 6 die besondere Bajonettanordnung gemäss Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Abwandlungsform des in Fig. dargestellten Verbinders,

Fig. 8 eine Verbindung zwischen der Oberseite des Bajonettzapfens und der Unterseite des Bajonettschlitzes durch schrägverlaufende Flächen, und

Fig. 9 eine Abwand lungs form der Aus führungs form gemäss Fig. 4··* bei der in der Bajonettverbindung Anordnungen vorgesehen sind, um eine Druckkraft zu übertragen.

Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht auf eine vertikal verankerte Plattform (VMP), die eine Schwimnkonstruktion 10 aufweist,die auf einer Wassermasse 12 schwimmt und durch vertikale Steigrohre 14 mit Mantelrohren 16 verbunden ist, die im Boden verankert dargestellt sind. Üblicherweise wird eine ausreichende Anzahl von den Mantelrohren 16 in den Löchern im Meeresboden eingesetzt und dort, z.B. durch Einbetonieren, verankert, um eine sichere Verankerung zu bilden. Als nächstes wird die Schwimmkonstruktion, wie eine VMP, mit den Mantelrohren 16 durch vertikale Steigrohre 14 verbunden. Die vertikalen Steigrohre 14 können zwischen 200 m (600 ft.) oder weniger und 1700 m (5000 ft.) oder mehr lang sein. Bei dieser Verwendung der Steigrohre 14, um durch diese zu bohren, ist es notwendig, eine dichte Verbindung zwischen den Steigrohren 14 und den gesetzten Mantelrohren 16 herzustellen. Die Erfindung beschreibt eine

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solche Dichtungsverbindung. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jedes Mantelrohr 16 in Wirklichkeit eine Vielzahl von darin aufgehängten konzentrischen Mantelsträngen aufweist, und entsprechend die Steigrohre 14 normalerweise eine Vielzahl von konzentrischen Innenrohren aufweist, die mit den im Mantelrohr 16 hängenden Innenrohren verbunden sind. 15 ist ein Verstoifungsaufbau für die Steigrohrstränge.

Pig. 2 zeigt schematisch verschiedene konzentrische Rohrstränge 16, 16A, 16B und 16C, die mit dem Steigrohr 14 und dessen Innenrohren 14A, 14B und 14C verbunden sind. Das äussere Mantelrohr 16 ist bei 18 vom Treibrohr 20 abgesetzt. Das Mantelrohr 16 ist unter dem Schlammabdeckungsansatz 18 festgelegt. Eine Βε jonettverbindrjig 24 verbindet das Mantelrohr 16 mit dem Steigrohr 14. Innere Bajonettverbinder 24A und 24B verbinden in gleicher Weise die Mantelrohre 16A und 16B mit den Steigrohren 14A und 14B. Der innere Strang 14C ist als kontinuierlich durchlaufend dargestellt, wird jedoch normalerweise ebenfalls in einer ähnlichen Weise, wie der Mantelstrang 16A eingehängt. Das Treibrohr 20 ist am Gerüst 15 abgestützt. Einzelheiten dieser Bajonettverbindungen werden in Verbindung mit den übrigen Zeichnungen beschrieben.

Pig. 3 zeit im Schnitt die Bajonettverbindung 24A, die ein unteres Mantelrohr 16A (im Meeresboden eingesetzt und einbetoniert) und einen oberen Rohrstrang 14A, der zum Schwimnbehälter verläuft, verbindet. Ein abgesetzter Halsteil 30 am inneren Rohrteil verläuft oberhalb des Bajonettschlitzes 24A am Mantelrohr 16A. Dieser Halsteil hat eine Wanddicke t^. Nach unten über den Halsteil 30 ist ein oberer Rohrverlängerungsabschnitt 32 des äusseren Rohrteils aufgesteckt. Eine 0-Ringdichtung 28 sitzt zwischen dem Halsteil 30 und dem Abschnitt 32, Der Abschnitt 32 ist mit einer ümfangsausnehmung 27 versehen, welche eine Dichtung 26 aufnimmt. In dieser Höhe hat der Halsteil 30 eine Wanddicke t-, ,und der Abschnitt 32 hat eine Wanddicke tp» wobei tp grosser als t^ ausgebildet ist, und

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daher hat, wenn die beiden Rohrteile aus einem vergleichbaren Material hergestellt sind, der innenliegende Halsteil 30 eine grössere radiale Dehnbarkeit als der aussenliegende Abschnitt 32. Bei einem gegebenen Innendruck ergibt dies dann eine ungleiche Expandierneigung, wobei das innere Halsteil 30 eine grössere Neigung zum Expandieren hat und auf diese Weise clie selbstdichtende Dichtung 26 unterstützt und zur Wirkung bringt. Das Einsetzen der Dichtung im Bereich des Endes des inneren Teils erhöht den Unterschied der radialen Flexibilität und auf diese Weise die Selbstdichtwirkung.

Pig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Bajonettschlitzes. Dabei ist ein Zapfen 36 in Eingriff in den Bajonettschlitz 46 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass dies eine Ansicht der Innenseite der zu verbindenden Rohrteile ist, und dass diese Darstellung gemäss Fig. 4 etwa 25$ der Umfangsansicht zeigt. Mit anderen Worten, es sind vier Zapfen 36 und Bajonettschlitze 46 in Umfangsrichtung auf der gleichen Höhe verteilt vorgesehen. (Es kann jede beliebige Anzahl sein, jedoch ist vier die normalerweise bevorzugte Anzahl.) Eine Lastaufnahmefläche 50 ist die Unterseite einer einrichtenden und lastaufnehmenden Platte 40, die Pine keilartige Form und eine Einstellfläche 42 hat. Der Zapfen 36 hat eine Einführfläche Verschiedene Vorschubstellungen des Zapfens 36 sind ausgehend von 36A, die erheblich oberhalb der Einstell- und Lastplatte 40 liegt, dargestellt. Wenn der Zapfen 36 abgesenkt wird und in der Stellung 36A nicht mit dem in den Bajonettschlitz führenden Durchgang oder Schlitz 47 übereinstimmt, kommt die Einführfläche 48B mit der Einstellfläche 42 in -Berührung und bewirkt ein Drehen des Zapfens während des Absenkens bis er mit dem Durchgang 47 fluchtet. Der Zapfen 36 nimmt dann die verschiedenen mit gestrichelten Linien gezeigten Stellungen ein, bis er die Stellung 36N erreicht. Wenn der Zapfen 36 eine Zwischenstellung 36F erreicht, berührt wenigstens ein Abschnitt der Leitfläche 46B die Führungsfläche 38. Dies bewirkt, dass

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der Zapfen und das Rohr, mit welchem er verbunden.ist, durch das Gewicht des den Zapfen 36 tragenden Rohrstranges gedreht wird. Dies wird fortgesetzt bis der Zapfen 36 die Stellung 36N erreicht# Das obere Steigrohr 14A, welches den Zapfen 36 trägt, wird dann angehoben bis der Zapfen 36 gegen die lastaufnehmende Fläche 50 angepresst ist. Als Vorsichtsniassnahme wird, wenn auf den Rohrstrang 14-A die Nachobenbewegung übertragen wird, auch ein geringes Drehmoment auf den Strang aufgebracht, so dass keine Möglichkeit besteht, dass der Zapfen 36 aus seiner Lage direkt unter der lastaufnehmenden Fläche 50 kommt und in dem Sperrschlitz 46 gleitet. Die Einstellplatte 44 hilft,den Zapfen 36 in seiner genauen Lage zu halten. Die in den Zeichnungen gezeigten"scharfon Kanten" werden in der praktischen Ausführung abgerundet oder so geformt, dass Belastungskonzentrationen vermindert werden.

Eine bevorzugte Führungsfläche 38 erfüllt zwei Erfordernisse:

(1) Muss sie so tief sein, dass der Zapfen 36 von der Einstellplatte 44 frei kommt, wenn er abgesenkt wird, und

(2) hat vorzugsv/eise die Schrägfläche eine ausreichende Schrägung, dass der Zapfen und der zugeordnete Rohrstrang sich dreht, wenn der Zapfen abgesenkt wird.

Wie oben erwähnt, ist eine Anzahl von in Umfangsrichtung in Abstand liegenden Einstell- und Lastaufnahmeplattei 40 mit Lastaufnähmeflächen 50 vorgesehen. Es ist wichtig, dass die Lastaufnahmeflächen 50 in der gleichen Längsstellung wie jede der auf der gleichen Längssteilung des Rohres 14A, wie die anderen in Umfangsrichtung verteilten Flächen liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass 3ie gemeinsam auf einer Drehbank in Form einer ümfangsnut 51 bearbeitet werden.

Fig. 5 zeigt in einem Vertikalschnitt eine "Mehrfachbajonett"-Längsanordnung. Diese bezieht sich auf Mittel zum Verbinden

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eines unteren Rohrteils 52 mit einem oberen Rohrteil 54. Sie zeigt eine Verbindungsanordnung, die, wie die in Fig. 4 dargestellte, eine dichte Verbindung schafft und eine Zuglast überträgt. Sie schliesst ein unteres Bajonettsystem 56 und ein oberes Bajonettsystem 58 ein. Dichtungen 59 und 60 sind in gleicher Weise, wie bei dem System gemäss Fig. 3 vorgesehen.

Figo 6 zeigt eine vorzugsweise Ausbildungsform der Mehrfach-Bajonettanordnung gemäss Fig. 5. In Fig. 6 ist ein oberer Zapfen 66 mit einer oberen Anlagefläche 66A und ein unterer Zapfen 62 mit einer oberen Anlagefläche 62A dargestellt, die entsprechend in einem oberen Bajonettschlitz 67 mit einer nach unten gerichteten Anlagefläche 67A und einem unteren Bajonettschlitz 63 mit einer nach unten gerichteten Anlagefläche 63A zusammenwirken. Der obere Bajonettschlitz 67 hat eine Mündung 68, die eine vertikale oder Längsabmessung L aufweist, die grosser als dje Längsabmessung L^ des oberen Zapfens 66 ist, aber geringer als die vertikale Abmessung Lp des unteren Sperrzapfens 62. Die Vertikalabmessung L₂ ist geringer, als die Vertikalabmessung Ji-z der Mündung des unteren Bajonettschlitzes 63· Mit diesem Verhältnis zwischen dem oberen und dem unteren Sperrzapfen 66 und 62 und der Öffnung 68 und der Mündung des Sperrschlitzes 63 kann der untere Zapfen 62 unmöglich in den oberen Sperrschlitz 67 eingreifen.

Es wird nun im einzelnen erläutert, wie die einwandfreie Verteilung der Last zwischen dem oberen Zapfen 66 und dem unteren Zapfen 62 erreicht wird. Der Bajonettschlitz 63 und der Zapfen 62 bilden eine erste lastaufnehmende Verbindung A und der Bajonettschlitz 67 und der Zapfen 66 bilden eine zweite lastaufnehmende Verbindung B. Der Abschnitt des Rohres (mit den Bajonettschlitzen) zwischen den lastaufnehmenden Flächen der Bajonettschlitze kann als Bajonettschlitz-Teilstück bezeichnet werden. Die Mehrfachbajonett-Ausbildung ist erforderlich, wenn die Zugbelastung nicht mit Sicherheit über eine einzige in dem radialen Zwischenraum liegende Bajonettverbindung übertragen

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werden kann. Eine Verteilung der an den verschiedenen Stufen übertragenen Last ist daher zwingend notv/endig. Dies wird durch Einstellung der relativen Axialflexibilität der beiden Rohre oder Rohrabschnitt zwischen den Anlageflächen der in Längsrichtung in Abstand liegenden Bajonettschlitze 63 und 67 erreicht. Das Spiel oder der Unterschied zwischen den axialen Abständen der Zapfenstufen und der Anlagestufen soll ein Minimum sein. Wenn z.B. nur zwei Stufen verwendet v/erden,und die lastübertragenden Anlagestellen A und B jede die gleiche Lastaufnahmefähigkeit haben, soll die axiale Steifigkeit Kj. zwischen den beiden Lagerstufen der Rohrteile mit den Zapfen und die axiale Steifigkeit Kj zwischen den beiden Lagerstufen des die Bajonettschlitze enthaltenen Rohrteils gleich sein, K-j- = Kj,- Wenn die durch den lastaufnehmenden Stellen A und B vorgesehene Last entsprechend mit P. und P-o bezeichnet wird, und wenn A näher als B am Ende des Zapfenrohrteils liegt, ist das axiale Steifigkeitsverrhältnis der beiden Abschnitte:

^KJ / H - ^PA / ^FB

Im Fall von drei Stufen sollte die axiale Steifigkeit sich wie folgt verteilen:

ΎΛ JJ ■ VC OJC ΤΛ

P. = die für die Anlagestelle A zwischen dem ersten Zapfen und dem dritten Bajonettschlitz vorgesehene Last,

Pg = die für die zwischen dem zweiten Zapfen und dem zweiten Bajonettschlitz gebildete Anlagestelle B vorgesehe Last,

Ρ« = die an der durch den dritten Zapfen und den ersten Bajonettschlitz gebildete Anlagestelle C aufgenommene vorgesehene Last,

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= die axiale Steifigkeit des Zapfenrohrteiles zwischen dem mittleren Zapfen und der am nächsten am Ende des Rohrteils liegenden Zapfenstufe,

Kt₂ = die axiale Steifigkeit des Zapfenrohrteiles zwischen der mittleren Zapfenstufe und der am weitesten von d^m Ende des Zapfenteils entfernten Zapfenstufe,

Kj₁ = die axiale Steifigkeit des Bajonettschlitzrohrtei?s zwischen der mittleren Anlagestufe und der am dichtesten am Ende des Bajonettrohrteils liegenden Stufe, und

Kjp = die axiale Steifigkeit des Bajonettrohrteils zwischen der mittleren Anlagestufe und der am weitesten vom Ende des Bajonettschlitzrohrteils wegliegenden Stufe ist.

Fig. 7 zeit eine Abwandlungsform der oben in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschriebenen Bajonettverbindung. Sie ist in gleicher Weise eine Anordnung zum Verbinden unter Dichtungsbedingungen eines unteren Rohrteils 80 mit einem oberen Rohrteil Das obere Rohrteil 82 hat eine Verbindungseinheit, die ein äusseres zylindrisches Teil 86 und ein inneres konzentrisches zylindrisches Teil 84 einschliesst«. Diese bilden einen Ringspalt 87, in welchen ein oberer Innenfortsatz 83 verlaufen kann. Es ist eine Bajonettverbindungs-Anordnung 88 zwischen dem Innenfortsatz 83 und dem äusseren Teil 86, z.B. ähnlich der in Fig. 3 dargestellten, dargestellt, jedoch liegen die Dichtungsanordnungen unterschiedlich und iii einer geschützten Lage. Es ist eine O-Ringdichtung 90 und eine Dichtung 92, die die Dichtwirkung selbst aufbauen kann, dargestellt. Die Dichtungen 90 und 92 liegen am Innenteil 84. Wenn die Anordnung abgesenkt wird, um sie mit dem festliegenden unteren Teil 80 in Eingriff zu bringen, liegen diese Dich-tungen geschützt. Die unteren Enden 94 und 93 der Teile 84 bzw. 86 sind abgeschrägt, um das Aufsetzen über das Teil 83 des unteren Rohres 80 zu erleichtern.

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Auch hier ist bei der Dichtung 92 die Wanddicke des Teils 84 wesentlich geringer, als die Wanddicke des Teils 85» wobei durch die ungleiche radiale Dehnbarkeit auf diese Weise die Dichtung 92 zur Wirkung gebracht wird.

Pig. 8 zeigt eine Verbesserung der. Lage Verhältnisses zwischen der oberen Fläche des Sperrzapfens ur.d der unteren Halte- und Lastaufnahmefläche der Bajonettschlitze. Dabei ist eine obere Fläche 94 des Zapfens gezeigt, welche einen Winkel« gegen eine senkrecht zum Rohrteil, an welchem der Zapfen angeordnet ist, liegenden Ebene bildet. Die untere mit der Anlagefläche zusammenwirkende Fläche 96 des Bajonettschlitzes hat einen solchen Winkel, dass die Fläche 96 mit der Fläche 94 in Eingriff kommt. Ein geeigneter oder bevorzugter Winkel« liegt zwischen 20 und 0°. Ein bevorzugter Winkel ist 15°. Dadurch wird das Trennen des Zapfenteils und des den Bajonettschlitz tragenden Teiis verhindert. Die Berührungskraft zwischen dem Zapfen und der Platte erzeugt Biegemomente in der Wand der beiden Rohre, welche im Sinne einer Trennung des Zapfens von der Platte durch Schrägstellen der Berührungsflächen zwischen dem Zapfen und der Platte wirken. Es wird eine Radialkomponente der Berührungskraft erzeugt, welche den Zapfen und die Platte zusammenhält. Dadurch wird ein Selbstverriegelungseffekt erzeugt.

In den meisten der vorgesehenen Anwendungsfälle der hier beschriebenen Bajonettschlitz-Verbindungen, steht der obere Abschnitt des Rohres, z.B. der Abschnitt 54 in Fig. 5, unter Zug; jedoch können Situationen auftreten, wo der obere Abschnitt des Rohres unter Druck steht. Eine Anwandlungsform der Bajonettverbindung, die diese Druckkraft berücksichtigt, ist in Fig. 9 dargestellt. Der Hauptunterschied zwischen dieser Bajonettverbindung und der der anderen Figuren ist die Änderung der Einstellplatte 104. Die Einstellplatte 104 ist so abgewandelt, dass sie einen horizontalen Vorsprung oder Schenkel

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aufweist, der eine nach oben gerichtete Anlagefläche 108 hat. Dies deshalb, um mit einem Teil der nach unten gerichteten Anlagefläche 110 dus Zapfens 102 in Eingriff zu kommen. Der Zapfen 102 hat eine vertikale Abmessung derart, dass er in dem vertikalen Spalt zwischen dem Schenkel 106 und der unteren Fläche 112 der Einstell- und Lastaufnahmeplatte 100 gedreht werden kann. Im Betrieb wird der obere Strang des Rohres, der den Zapfen 102 trägt, aus einer oberen Stellung 102A nach unten abgesenkt. Die Einstell- und Lastaufnahmeplatte 100 bewirkt, dass das Rohr sich so dreht, dass der Zapfen 102 in den vertikalen Durchgang 114 des Bajonettschlitzes gelangt. Bei weiterem Absenken des oberen Rohres erreicht der Zapfen die Stellung 102N· Soweit i3t der Vorgang gleich dem in Fig. 4 dargestellten. Nachdem der Zapfen in der Stellung 102N liegt, wird ein Zug auf den oberen Rohrstrang aufgebracht, um das Rohr nach oben zu ziehen, wodurch der Zapfen die Stellung 102M erreicht. An diesem Punkt wird eine Drehkraft auf das den Zapfen 102 tragende Rohr aufgebracht, um diesen in die in Fig. 9 dargestellte Stellung zu bringen. Wennjgewünscht, kann eine geringe Drehkraft auf dem oberen Teil des Rohres belassen werden, um sicherzustellen, dass der Zapfen 102 in der in Fig. 9 gezeigten Stellung gehalten wird. Wenn die Zugbelastung aaf den oberen Rohrstrang aufhört, verhindert die Eagerflache 108 am Schenkel 106 an der Einstellplatte 104 eine Bewegung nach unten.

Wenn auch die vorstehenden Ausführungsformen in allen Einzelheiten beschrieben sind, so können sie doch erhebliche Änderungen einschliessen, ohne dadurch den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R.Xöemg'sbferijiör Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATE NTA NWÄ LT E ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE Standard Oil Company, Chicago, 111. (V.St.A.) Patcntans ρ r ü c h e ·

1. Zugverbindungsanordnung mit seIbstaufbauender Dichtung zum dichten Befestigen eines an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter aufgehängten Rohrteils mit einem in ein Bohrloch im Boden des Meeresgrundes hängenden Mantelrohr,

gekennzeichnet durch,

- ein inneres Rohrteil mit einem Bajonettschlitz in seiner Aussenfläche und einem Halsteil mit einer Wanddicke t-,

- ein über das innere Rohrteil aufsteckbares äusseres Rohrteil mit einem Zapfen in seiner Innenfläche, wobei das äus- sere Rohrteil einen Abschnitt mit einer Wanddicke tp grosser als t.j aufweist, und

- eine selbstaufbauende Dichtung zwischen dem Halsteil des inneren Rohrteils und dem Abschnitt des äusseren Rohrteils.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , dass

- der Bajonettschlitz einschliesst,

- einen Längsdurchgang (4-6),

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- eine Einstell- und Las tauf nahiaeplatte (40) mit einer Einstellfläche (42), die auf den Längsdurchgang zu schräg verläuft,

- eine Pührungsflache am unteren Ende des Durchgangs, mit einer nicht Null betragenden Neigung im Verhältnis zur Längsachse des äusseren Rohrteils,

- einen Riegelschlitz unterhalb der Einstell- und Lastaufnahmeplatte, und

- eine Einstellplatte (44) unter einem Abschnitt der Einstell- und Lastaufnahmeplatte und angrenzend an den Riegelschlitz.

3· Anordnung nach Anspruch 2,

gekennzeichnet durch,

eine Anzahl von in Umfangsrichtung in Abstand liegenden Bajonettschlitzen und eine Umfangsnut unterhalb der Einstell-

.die
und Lastaufnahmeplatten, die/Lastaufnahmeflache jeder der Lastaufnahmeplatten begrenzt.

4. Anordnung zum Befestigen eines ersten an einem auf einer Wassermasse schv/immenden Behälter aufgehängten Rohrteils mit einem in ein Bohrloch im Boden am Meeresgrund hängenden Mantelrohr,

gekennzeichnet durch

ein inneres Rohrteil mit einer Bajonettschlitzanordnung an seiner Aussenflache, welche besteht aus einer oberen Einstell- und Lastaufnahmeplatte mit einer Einstellfläche daran,

einer unteren Lastaufnahmeplatte,

einem vertikalen Durchgang (71) der neben der oberen Lastaufnahmeplatte und der unteren Lastaufnahmeplatte verläuft,

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einem oberen Riegelschlitz unter der oberen Lastaufnahmeplatte, mit einer Mündung in den vertikalen Durchgang, wobei die Längsabmessung dieser Mündung L ist und einem unteren Riegelschlitz unter der unteren Lastaufnahmeplatte mit einer Mündung mit einer Längsabmessung L,, die in den vertikalen Durchgang mündet, Und ferner

ein äusseres Rohrteil, das über das innere Rohrteil aufsteckbar ist und einen oberen Zapfen mit einer Längsabmessung L₁^ und einen unteren Zapfen mit einer Längsabmessung L₂ aufweist, der eine Einführfläche an seinem unteren Ende hat, wobei

L₁ kleiner als L₂

Lp grosser als L aber kleiner als L₉, und

* kleiner als L

ist.

5· Anordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , dass

das untere Ende des Durchgangs eine nicht Null betragende Neigung gegen die Längsabmessung des Schlitzes zwischen dem oberen und dem unteren Riegelschlitz aufweist.

6· Anordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , dass

die axiale Steifigkeit K-j- des äuwseren ^eiles zwischen den beiden Zapfen gleich der axialen Steifigkeit K-g des inneren Teils zwischen den Beiden Lastaufnahmeplatten ist.

7. Anordnung zum dichten Verbinden eines ersten an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter aufgehängten Rohr-

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teils mit einem in ein Bohrloch im Boden des Meeresgrundes hängenden Mantelrohr,

gekennzeichnet durch,

- ein inneres Rohrteil mit einem Halsabschnitt mit einer Wanddicke t₁,

- ein über das innere Rohrteil aufsteckbares äusseres Rohrteil mit einem Abschnitt mit einer Wanddicke ±2 grosser als t₁, der bei einem gegebenen Innendruck eine wesentlich geringere radiale Expansion, als der Halsabschnitt aufweist,

- einen Bajonettschlitz in aer Innenfläche des äusseren Teils oder der Aussenfläche des inneren Rohrteils und einem Zapfen an dem anderen Rohrteil, und

-eine im Bereich des Endes des Halsabschnitts des Innente?ls zwischen dem Halsabschnitt des inneren Rohrteils und dem Abschnitt des äusseren Rohrteils angeordnete Dichtung.

mit

8. Anordnung/einer selbstaufbauenden Dichtung zum dichten Befestigen eines ersten, an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter aufgehängten Rohrteils mit einen in ein Bohrloch im Boden auf dem Grund des Wassers hängenden Mantelrohr,

gekennzeichnet durch

- ein inneres Rohrteil mit einem Halsabschnitt der eine Wanddicke t₁ hat,

- ein äusseres Rohrteil mit einem über den Halsabschnitt des inneren Rohrteils aufsteckbaren Aussenmantel und einer inneren Umfangshülse, die zusammen einen Ringspalt bilden, in welchen das innere Rohrteil einsetzbar ist, wobei die Dicke t, der Wand der inneren Hülse geringer als die Dicke der Wand des inneren Rohrteils ist,

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- einen Bajonettschlitz an der Innenseite des Aussenmantels des äusseren Rohrteils oder an der Aussenseite des inneren Rohrteils und einen Zapfen an demjenigen dieser Teile, der keinen Bajonettschlitz aufweist, und

- eine Dichtung zwischen der Innerhülse des äusseren Rohrteils und dem inneren Rohrteil.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass

der Bajonettschlitz eine obere Fläche mit einem Winkel ex gegen eine rechtwinklig zur Längsachse dec äusseren und inneren Rohrteils verlaufende horizontale Eoene aufweist, die eine Anlagefläche im Bajonettschlitz bildet, wobei der Win-

zwischen_o
kel et vorzugsweise/O und 20 liegt.

10. Anordnung zum Befestigen eines ersten an einem auf einer Wassermasse schwimmenden Behälter aufgehängten Rohrteils

in einem

mit einem/Bohrloch im Boden am Grund des Wassers befestigten Mantelrohr,

gekennzeichnet durch,

- ein inneres Rohrteil,

- ein äusseres Rohrteil, das über das innere Rohrteil aufsteckbar ist, und

- einen Zapfen entweder an der Innenseite des äusseren Rohrteils oder der Aussenseite des inneren Rohrteils und einen Bajonettschlitz an dem Rohrteil, das nicht den Zapfen trägt, wobei der Bajonettschlitz eine Einstell- und Lastaufnahmeplatte (100) und eine Einstellplatte (104) mit einer horizontalen Verlängerung (106) einschliesst, die eine nach oben gerichtete Lastaufnahmefläche (108) unterhalb einer Lastaufnahmefläche (112) der Einstell- und Lastplatte (100) aufweist, und wobei der Bajonettschlitz eine Mündung unter-

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halb der horizontalen Verlängerung (106) mit einer ausreichenden Grosse, um den Durchgang des Zapfens zu ermöglichen, und einem Riegelschlitz neben der Einctell- und Lastplatte aufweist, der den Eintritt des Zapfens gestattet·

11. Anordnung zum Befestigen eines ersten Rohrteils an einem zweiten Rolirteil,

gekennzeichnet durch,

- ein inneres Rohrteil,

- ein äusseres Rohrteil, das über das innere Rohrteil aufsteckbar ist,

- einen ersten Bajonettschlitz und einen zweiten Bajonettschlitz, entweder an der Innenfläche des äusseren Rohrteils oder an der Aussenflache des inneren Rohrteils, wobei die Bajonettschlitze in Längsrichtung entlang dem entsprechenden Rohrteil in Abstand liegen und der erste Bajonettschlitz am nächsten am Ende dieses Rohrteils liegt,

- einen ersten Zapfen und einen zweiten Zapfen an dem Rohrteil, der keine Bajonettschlitze trägt, wobei die Zapfen in Längsrichtung in Abstand an dem Rohrteil liegen,und der Längsabstand zwischen den Anlageflächen der Bajonettschlitze und der Längsabstand zwischen den Anlageflächen der Zapfen etwa gleich ist, und wobei der erste Zapfen am nächsten am Ende des zugeordneten Rohrteils liegt, und der erste Bajonettschlitz am nächsten am Ende des die Bajonettschlitze tragenden Rohrteils liegt, wobei

- der erste Zapfen und der zweite Bajonettschlitz eine lastaufnehmende Auflagestelle A und der zweite Zapfen und der erste Bajonettschlitz eine lastaufnehmende Anlagestelle B bilden, und die bei A bzw. B aufgenommene vorberechnete Last mit P. bzw· P_B bezeichnet ist, und wobei

^KJ / *L - ¹A / ^FB
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-wobei

K^ die axiale Steifigkeit des die Zapfen tragenden Rohrteils zwischen den Zapfenauflageflächen und

Kj die axiale Steifigkeit das die Bajonettschlitze enthaltenden Rohrteile zwischen den Auflageflächen der Bajonettschlitze ist.

12. Anordnung zum Pestlegen eines ersten Rohrteils an einem zweiten Rohrteil,

gekennzeichnet durch,

- ein inneres Rohrteil,

- ein über das innere Rohrteil aufsteckbares äusseres Rohrteil,

- einen ersten Bajonettschlitz, einen mittleren Bajonettschlitz und einen am weitesten vom Ende des Rohrteils entfernten dritten Bajonettschlitz, entweder an der Innenfläche des äusseren Rohrteils oder an der Aussenfläche des inneren Rohrteils, wobei die Schlitze in Längsrichtung in Abstand liegen,und wobei in Längsrichtung in Abstand liegend, je ein erster Zapfen, zweiter Zapfen und dritter Zapfen an dem nicht die Bajonettschlitze enthaltenden Rohrteil angeordnet sind, wobei der erste Zapfen, am nächsten am Ende des die Zapfen tragenden Rohrteils liegt, und die Zapfen in die Bajonettschlitze eingreifen können, und der Längsabstand zwischen den Anlageflächen der Zapfen und der entsprechende Längsabstand zwischen den Anlageflächen der Bajonettschlitze etwa gleich ist, und wobei

ψ
A

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ist, und wobei

P.=die durch die zwischen dem ersten Zapfen und dem dritten fJajonettschlitz gebildete erste Anlagefläche A aufgenommene Last,

P-g = die durch die zwischen dem zweiten Zapfen und zweiten Bajonettschlitz gebildete Anlagefläche B aufgenommene Last,

Pq = die durch die zwischen dem dritten Zapfen und dem ersten Bajonettschlitz gebildete Anlageflache C aufgenommene Last,

Pt₁ = die axiale Steifigkeit des die Zapfen tragenden Rohrteils zwischen dem ersten Zapfen und der zweiten Zapfenstufe,

Kr₂ ⁼ die axiale Steifigkeit des die Zapfen tragenden Rohrteils zwischen der zweiten Zapfenstufe und der dritten Zapfenstufe,

Kj₁ = die axiale Steifigkeit des die Bajonettschlitze tragenden Rohrteils zwischen der Anlagefläche des ersten Bajonettschlitzes und der Anlagefläche des zweiten Bajonettschlitzes, und

Zj₂ = die axiale Steifigkeit des die Bajonettschlitze tragenden Rohrteils zwischen der Anlagefläche des zweiten Bajonettschlitzes und der Anlagefläche des dritten Bajonettschlitzes

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