DE2952525A1

DE2952525A1 - Vorrichtung zur verbindung von unterwasserleitungen

Info

Publication number: DE2952525A1
Application number: DE19792952525
Authority: DE
Inventors: Charles Donocan Morrill
Original assignee: McEvoy Oilfield Equipment Co
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1980-07-17
Also published as: JPS633116B2; DE2952525C2; CA1122117A; JPS5592498A; GB2038973A

Description

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Vorrichtung zur Verbindung von Unterwasserleitungen

Die Erfindung betrifft die fernbetätigte Verbindung von Unterwasser-Strömungsleitungen und anderen Leitungen mit einer Produktionseinheit, beispielsweise mit einem Unterwasser-Verteilerzentrum, ohne den Einsatz von Tauchern. Die ursprünglichen, küstennahen Öl- und Gasbohrungen wurden auf Plattformen durchgeführt, die auf dem Meeresboden verankert sind, oder auf Boden- und Oberflächen- Produktionsmitteln,die auf einer derartigen Plattform installiert sind. Das Öl oder Gas wurde von derartigen Plattformen entv/eder von Tankern übernommen oder in Leitungen gesammelt, die auf dem Boden verlegt waren. Soweit Unterwasserarbeiten erforderlich waren, wurden diese durch Taucher oder Unterseeboote durchgeführt oder durch einfache Operationen von der Oberfläche.

Kürzlich wurde es erforderlich, Öl- oder Gasbohrungen in Gewässern auszuführen, die zu tief oder zu gefährlich sind, um unter Wasser durch Taucher oder von einer auf dem Boden verankerten Plattform ausgeführt zu werde», Es wurde daher erforderlich, Verfahren zur Fertigstellung von öl- und Gasbohrungen auf dem Boden zu schaffen und diese mit Unterwasserleitungen, hydraulischen Steuerleitugen und elektrischen Kabeln für den Betrieb der Unterwasserausrüstung zu verbinden,

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ohne daß der Einsatz von Tauchern oder irgendeiner ständig an der Oberfläche in der Nähe des Unterwasser-Bohrloches verbleibenden Konstruktion nötig ist. Zur Verbindung solcher Unterwasserleitungen etc. sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden, wie beispielsweise die US-Patentschriften 3968838, 4019334 oder 4086 778 zeigen. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Probleme wird auf die Zeitschrift "Offshore Services" des Verlages Spearhead Publications Limited vom Januar 1978, Seiten 26 bis 51 hingewiesen.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung von Unterwasserleitungen einschließlich Strömungsleitungen, Steuerleitungen und elektrischen Kabeln von einem entfernten Ort auf der Wasseroberflache, wobei mit Hilfe eines Werkzeuges, das von der Oberfläche abgesenkt wird, eine abgedichtete Verbindung zwischen diesen Leitungen geschaffen wird, worauf dieses Werkzeug wieder zur Oberfläche zurückgeholt wird. Lie Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet die mehrmalige Verwendung desselben Werkzeuges, um die Verbindung später zu unterbrechen und die Dichtelemente zu ersetzen oder abzuändern, falls das nötig werden sollte.

Bei einer Vorrichtung, die kürzlich für diesen Zweck konstruiert worder, ist, waren die Kührungsstützen der Unterwasser-Basiseinheiten, auf denen die Produktionseinheiton abgestützt sind, hohen Biegebelastungen ausgesetzt. Außerdem war diese Vorrichtung im allgemeinen mit Hydraulikzylindern und anderen Werkzeugen ausgerüstet, die nach der Herstellung der Verbindung am Boden zurückbleiben mußton, wodurch die Betriebskosten anstiegen, weil diese Werkzeuge nicht nochmals verwendet werden können. Kürzlich durchgeführte Konstruktionen zur Wiederverwendung von Dichtungen oder Buchten, die vorher¹ zusammengebaut waren, sind fehlgeschlagen.

Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung überwinden diene Kachteile des Standes der Technik, indem Mittel vorgesehen sind zur Aufnahme horizontaler Reaktionen auf Kräfte,

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die daraus resultieren, daß Buchsen zu ihrer Verbindung zusammengezogen werden. Es ist ein Verbindungswerkzeug vorgesehen, um die Dichtungseinheit an den Ort abzusenken, an dem die Verbindung hergestellt werden soll, um die einander gegenüberliegenden Buchsen in dichtende Verbindung mit der Dichtung zu bringen und um die Buchsen in der dichtenden Verbindung mit der Dichtung zu sichern. Das gesamte Verbindungswerkzeug kann darauf an die Überfläche zurückgeholt werden. Die Ausführung ist dabei so, dai3 das Verbindungswerkzeug auch wieder unter Wasser gebracht v/erden kann, um das Verfahren in umgekehrter Reihenfolge zu wiederholen, damit die Dichtung zurückgeholt und mit einer gLeichen oder anderen vertauscht werden kann. Das Verbindungswerkzeug kann als Ganzes wieder eingesetzt werden, und kein Teil von diesem muß am Meeresboden verbleiben.

Durch die Erfindung werden also Un terwasser-J tröinungc; Lei tungen , Steuerleitungen und elektrische Leitungen mit zugehörigen Buchsen an einem Unterwasser-VerteLlurzentrum oder einer anderen Produktionseinheit verbunden, indem eine hydraulisch angetriebene Vorrichtung zum Ziehen der Leitungen in Richtung auf die zugehörigen Buchsen und zur Ausrichtung mit diesen verwendet wird; Dreh- Druck-Werkzeuge werden von der Oberfläche aus betätigt, um die Leitungen in axial fluchtender Li teilung mit den Hiiohsen zu verriegeln ,und eine Dichtvorrichtung wird von der oberfläche abgesenkt und zwischen den einander gegenüberliegenden Buchsen eingesetzt, wobei eine geschlitzte Klemme verwendet wird, um die Buchsen in Dichtverbindung mit den Dichtungen zu bringen.

Die Erfindung und We i terbLlclunqen der Erfindunq werden im folgenden beispielsweise noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

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Figur 1 eine Schnittdarstellung des Meeres mit Behältern zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und die schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Figur 2 die perspektivische Ansicht des Basisaufbaus der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit der Darstellung einer nach innen gerichteten Buchse zur Verbindung mit einer Strömungsleitung,

Figur 3 die perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform, die Buchsen zur Verbindung von hydraulischen oder elektrischen Leitungen zeigen,

Figur 4 die perspektivische Ansicht eines Einziehwerkzeugs, das zum Ziehen einer Strörnungsleitung in die Verbindungsstellung verwendet wird,

Figur 5 die Vorderansicht des Werkzeuges der Figur 4,

Figur 6 die Ansicht des Endes der Strömungsleitungsnabe mit einem daran angeordneten Einziehadapter, mit dem die Buchse in die Verbindungsstellung gezogen wird,

Figur 7 eine Draufsicht auf das Ende von Buchsen hydraulischer oder elektrischer Leitungen mit daran angeordnetem Einziehadapter,

Figur 8 eine teilweise geschnittene Ansicht zur Darstellung des Ziehens des Einziehadapters durch das Einzeihwerkzeug,

Figur 9 die Schnittdarstellung einer an einem nasenförmigen Stopfen gesicherten Klinke, die bei einer Ausführungsform des Einziehadapters verv/endet werden,

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Figur 10 die Ansicht der Vorrichtung gemäß Figur 8,

Figur 11 die teilweise geschnittene Ansicht einer Leitungsbuchse und damit verbundenem Einziehadapter,

Figuren 12 bis 15 der Figur 11 ähnliche Darstellungen aufeinander folgender Betriebsphasen,

Figur 16 die Ansicht eines Verbindungswerkzeuges gemäß der Erfindung in einer Stellung kurz vor dem Erfassen der zu verbindenden Buchsen,

Figuren 17 bis 19 die Ansichten der Vorrichtung der Figur in aufeinanderfolgenden Betriebsstellungen,

Figur 20 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils des Einziehwerkzeuges zur Betätigung des Verriegelungsmechanismus zwischen dem Einziehadapter, der Buchse und der Basis,

Figur 21 die teilweise geschnittene Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 20,

Figur 22 die Ansicht des in den Figuren 16 bis 19 gezeigten Verbindungswerkzeuges in einer zur Figur 16 rechtwinkligen Ebene,

Figur 23 einen Vertikalschnitt eines otiftmechanismus, der ein Teil des Werkzeuges der Figur 22 ist,

Figur 24 die Ansicht einer Schutzabdeckung, die bei den Buchsen gemäß der Erfindung verwendet wird,

Figur 25 ein Vertikalschnitt der Schutzabdeckung der Figur 24 in der Ebene 25 - 25 der Figur 24,

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Figur 26 einen Schnitt in der Ebene 26 - 26 der Figur 24 und Figur 27 einen Schnitt in der Ebene 27 - 27 der Figur 24.

In Figur 1 ist eine schwimmende Zelle Λ dargestellt, die ein Rohrgestänge 10 sowie verschiedene Schleppneile 11 aufweint, welche sich von der Zelle A nach unten zu einer Unterwasser— Produktionseinheit 12 erstrecken. Eine weitere Zelle 13 bildet einen an sich bekannten Rohrlegekahn aur Verlegung von Unterwasserleitungen für Ul und Gas, von welchem eine Strömungsleitung 13 ausgeht, die an ihrem Ende in der Kähe der Unterwasser-Produktionseinheit 12 mit einem Einziehadapter 14 verbunden ist. In der Darstellung ruhen die Unterwasser-Pi'oduktionseinheiten 12 sowie der Einziehadapter 14 auf dem Meeresboden 15.

In Figur 2 ist ein Teil eines Un terwasser-Verteuerten trum:; aargestellt, das eine Produktionseinheit 17 bildet, von der nur ein Teil und die Basis 18 gezeigt sind und die zum Sammeln von in einem oder mehreren Bohrlöchern gewonnenem Öl oder Gas und zur übergabe dieses Öles oder Gases an eine Strömungsleitung dient. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, ist auf der Basis 18 eine Produktionseinheit, beispielsweise ein Steigrohrkopf, angesetzt, der mit Hilfe von !'ührungsrohren 20 mit Führungsstützen 22 in seine Stellung auf der B_nsis 18 gebracht worden ist. Eine innenbords liegende Buchse 24, die nach innen gerichtet sein kann, ist auf der Produktionseinheit gelagert, indem sie in Iiingsrichtung verschiebbar zwischen den Führungsrohren 20 in einem lagergehäuse 23 gelagert ist, welches auf Stangen 23a befestigt ist. Die Buchse 24 besitzt eine Dichtfläche 24a, ein zylindrisches Lagerteil 24b sowie einen dazwischenliegenden Kragen 24c. Der Lagerteil 24b ist verschiebbar in einem nicht gezeigten Lager in dem Lagergehause 23 gelagert und mit Strömungsleitungs-Schleifen 25 und 27 verbunden. Der nach außen gerichtete Teil der Basis 18 bildet einen Vorbau 26 mit einer nach außen un.d

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unten geneigten Kampe 27 , die sich nach unten über die Kante des Verteilerzen t runin 16 erstreckt, die auf dem Meeresboden aufliegt. .Die Bat;in 10 hat außerdem vier nach oben abistehende Reaktionsstützen 28, 30 sowie Dreh-Druek-Bohrungen 32 zur Aufnahme von Dreh-Druck-Stützen 34,(lock down posts), die anhand der Figur Il noch beschrieben werden.

Ein weiterer Vorbau 26', der neben dem Vorbau 26 gelagert ist, kann beispielsweIse zur Verbindung von Leitungen wie hydraulischen Stouerleitungen und elektrischen Kabeln benutzt werden. Obwohl die Verfahren und die Vorrichtung dieser Beschreibung für alle derartigen Verbindungen geeignet sind, bezieht sich die Beschreibung vor allem auf die Verbindung von Strömungsleitungen. Abänderungen, die notwendig sein können, um andere Leitungstypen zu verbinden, sind für den Fachmann offensichtlich. Figur 3 zeigt hingegen eine Verbindungsbasis IH', auf der Mittel zur Verbindung sowohl von elektrischen Kabeln bei einer Kupplung 36 als auch von hydraulischen Steuerleitungen bei einer Kupplung 30 angeordnet sind.

V/ie Figur 4 zeigt, ist ein Einziehwerkzeug 3^C) auf dem Vorbau 26 abgesetzt worden. Dieses wurde durch den Eingriff von Führungsrotiren 40 mit den Führungsstützen 22 ;\n Ort und Stelle geführt. Dabei waren auch Beine 42 und 44 in Eingriff mit den Reaktionsstützen 28 bzw. 30. Die Beine 41 sind mit Hilfe von Bauelementen 46 mit den Führungsrohren 40 verbunden. Die oberen Enden der Beine 42 sind über U-.L'örmige Bügel 48 miteinander verbunden, welche sich nach außen erstrecken, um eine nach unten wirkende Schubstange '>0 zu schützen, welche sich zwischen den Führungsbeinen 42 erstreckt und relativ zu diesen vertikal beweglich ist. Auf der Schubstange !30 ist ein Dreh-Druck-IIechanismus 62 mit Dreh-Druck-Zapfen 64 befestigt.

Das Einziehwerkzeug 39 wird mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 41 nach unten auf der Basis 18 verriegelt; der Hydraulikzylinder 41 ist in einer solchen Stellung auf einem Führungsrohr 40 be-

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festigt, daß seine Kolbenstange 43 durch miteinander fluchtende Rohrungen im Bein 44 und in der Reaktionsstütze 30 hindurchtreten kann.

Ein Querträger [56 erntreckt sich /,wischen den J3aueleijienten46 und trägt einen Zugapparat '38 mit einer uasenförmigen Klinke 60. V/ie Figur 4 zeigt, liegt die Klinke 60 über der sich nach innen erstreckenden Buchse 24 und ragt über diese nach außen hervor.

An der nach innen gerichteten Ueite des löinziehwerkzeuges 39 und fluchtend mit der Klinke 60 ist ein hydraulischer Kabelziehapparat 66 angeordnet, mit dem das Bohrgestänge 10 verbunden ist. Ein ziehendes Kabel 68 verläuft durch das Bohrgestänge, durch einen später noch erläuterten Mechanismus und durch die Klinke 60, aus der es hervortritt.

Der hydraulische Kabelziehapparat 66 kann beispielsweise Klemmbacken zur Ergreifung· des Kabels auf v/ei sen, welche durch einen Hydraulikzylinder angetrieben und nach jedem Zugtakt freigegeben werden. Daneben kann das Kabel auch durch eine Winde an die Oberfläche gezogen werden, wobei der hydraulische Kabelziehapparat nicht erforderlich ist.

Figur 5 zeigt das Einziehwerkzeug, wie es ausgebildet sein kann für die Verbindung von elektrischem Kabel oder Steuerleitungen. Obwohl die nasenförmige Klinke 60 und der Kabelziehapparat 66 zentrisch eingezeichnet sind, können diese auch außermittig angeordnet sein. Die Schubstange 50 ist mit zwei Dreh-Druck-Mechanismen 62 ausgerüstet.

In Figur ^ ist das Ende der Strömungsleitung 13 und der damit verbundene Einziehadapter 14 gezeigt. Die Strömungsleitung endet in einer Dreh-Druck-Kontruktion 70, die ständig mit den Enden der Strömungsleitungen 13 und mit der Strömungsleitungsbuchse 72 verbunden ist. Die Buchse 72 ist in einem Schutz-

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käfig 74 getragen, der einen kastenförmigen Aufbau hat und am Boden durch einen Gelenkdeckel abgeschlossen sein kann, während an seiner Oberkante eine Platte 76 mit einem Richtschlitz 77 vorgesehen ist. Rechtwinklig zu der Platte 76 erstreckt sich eine abgerundete Nase 78, mit der das Ende des Drahtkabels 68 verbunden ist. Der Einziehadapter 14 mit der Platte 76 und mit der Nase 78 sowie dem Käfig 74 und einer damit verbundenen Verriegelungshülse 80 sind abnehmbar an der Dreh-Druck-Konstruktion 70 und der Buchse 72 mit Hilfe eines Verriegelungszapfens 82 befestigt.

Die Buchse 72 hat eine Dichtfläche 72a sowie einen Kragen 72b zwischen dieser Dichtfläche und der Dreh-Druck-Kontruktion Mit der Buchse ist ein Schutzdeckel 200 abnehmbar verbunden.

Wie Figur 11 zeigt, hat die Dreh-Druck-Konstruktion 70 zwei Verriegelungsbohrungen 71, von denen jede am unteren Ende eine verriegelnde Aussparung 73 und eine zwischen dem oberen Ende und der Aussparung liegende Anschlagschulter 69 hat. In jeder Bohrung 71 ist eine Verriegelungsbuchae 75 mit einem erweiterten oberen Ende 77 aufgenommen. Die Buchse 75 ist in Längsrichtung an ihrem unteren Ende geschlitzt, wodurch mehrere, nachgiebige Finger 79 gebildet werden, die im Bereich zum Eingriff in die Aussparung 73 erweitert sind.

Auch die Verriegelungshülse 80 ist geschlitzt, wodurch nach unten ragende, nachgiebige Finger 79 gebildet werden, die mit erweiterten Bereichen 81 in Aussparungen 73 eingreifen. Ein Verriegelungszapfen 82 mit einem Kopf 83 und einem Kragen 85 paßt in den Grundteil jeder Verriegelungshülse 80, wobei dessen unteres Ende eine Bewegung der Finger 79 aus den Aussparungen 73 verhindert und dadurch den Einziehadapter 14 in der Buchsenkonstruktion einschließlich der Dreh-Druck-Konstruktion sichert.

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In den Figuren 24 bis 27 ist eine Form eines Schutzdeckels dargestellt, die verwendet werden kann. Dieser Schutzdeckel hat einen Körper 201 mit einer darin eingearbeiteten , U-förmigen Aussparung 202, die so ausgebildet ist, daß sie mit dem Umfang der Buchse zusammenpaßt. Eine Schutzplatte 204, die in der Aussparung 202 angeordnet ist, besteht aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff wie Delin, um mit der Dichtfläche der Buchse in Berührung zu kommen und diese gegen Beschädigungen zu schützen. Lie Platte 204 ist mit Hilfe von Befestigungr.elementen 206 mit dem Körper 201 verbunden, von denen jedes einen Bolzen 208 und eine Schraube 210 aufweist. Die Platte 204 wird mit Hilfe einer Feder 212 in Eingriff mit der Fläche der Buchse gebracht.

Der Körper 201 des Deckels ist mit Hilfe von zwei Feststellbolzen 214 auf der Buchse gehalten, von denen jede in einem Rohr 216 gelagert ist. Das Rohr 216 ist so in seiner Stellung gesichert, daß die Feststellbolzen 214 rait Hilfe von Stangen 218 in die Buchsenaussparungen eingreifen, wobei sich die Stangen 218 über das untere Ende des Deckels 200 hinaus erstrecken. Wie die Zeichnungen zeigen, werden die Stangen 218 in ihrer obersten Stellung mit Hilfe von Scherbolzen 222 gehalten, von denen jeder in eine Nut 224 einer der Stangen 218 eingreift. Die Stangen 218 sind außerdem mit weiteren Nuten 226 versehen, die in den in den Figuren 24 und 2[3 gezeigten Stellungen genau über dem Feststellbolzen 214 liegen. Das Feststellrohr 216 hat an einer Seite eine Nut 228, v/elche den Körper der Stange 218 aufnimmt, so daß diese den Feutstellbolzen in der Buchsenausnehmung hält.

Beim Aufbringen einer nach unten gerichteten Kraft auf den Drücker 220 bewegen sich die Stangen 218 nach unten, wobei sie die Scherbolzen 222 scheren, bis sich die Nut 226 gegenüber dem Feststellrohr 216 befindet. Die Aufbringung einer zusätzlichen, nach unten gerichteten Kraft hat zur Folge, daß die konischen Enden der Feststellbolzen 214 seitlich aus der Ausnehmung der

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Buchsenfläche herausgedrängt werden. Dadurch fällt der Schutzdeckel 200 aus der Buchse.

Der Aufbau der Beine 42 und der Schubstange 50 ist im einzelnen in den Figuren 20 und 21 dargestellt. Jedes Bein 42 umfaßt einen Teil eines teleskopischen Hydraulikzylinders 150, 152, von denen der eine am Boden des Beines befestigt ist, wobei sich die Kolbenstange nach oben erstreckt, während der andere an der Spitze des Beines mit sich nach unten erstreckender Kolbenstange befestigt ist. Die Zylinder sind mit nicht dargestellten Hydraulikverbindungen für die Energiezufuhr verbunden, so daß der Zylinder 150 nach oben und der Zylinder 152 nach unten drückt. Beide Kolbenstangen sind mit einem einzigen, angetriebenen Organ 154 verbunden, umfassend eine Platte, an der Blöcke 156 und 158 befestigt sind. Jeder Block hat eine Bohrung für die Aufnahme des Endes der Kolbenstange sowie einen Stift 160 zur Befestigung der Kolbenstange an dem Block. Von dem Block 158 steht eine Hülse 162 nach oben ab, die mit einer Rahmenstütze 164 ausgerüstet ist, an der eine Lasche angebracht ist. Das andere Ende jeder Lasche 166 ist mit der Schubstange 50 verbunden.

Die Schubstange 50 hat ein Paar von Dreh-Druck-Zapfen-Haltebuchsen 168, die auf einer Rahmenplatte 170 befestigt sind, welche i. w. in der Mitte der Schubstange 50 fest mit dieser verbunden ist. Jede Haltebuchse 168 erstreckt sich von der Rahmenplatte 170 nach oben und besitzt ein halbzylindrisches Fenster 172, das so angeordnet ist, daß es eine Gabel 174 aufnehmen kann, die an der Kolbenstange 176 eines Hydraulikzylinders 178 befestigt ist, welcher auf der Rahmenplatte 170 gelagert ist.

Ein gleiches Paar von Hydraulikzylindern 180 ist auf der unteren Rahmenplatte 182 der Schubstange angeordnet, und gleiche Gabeln 184 sind mit den Kolbenstangen dieser Zylinder verbunden. Diese Gabeln sind so angeordnet, daß sie sich durch

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Fenster 276 in Dreh-Druck-Zapfen-Haltebuchsen 278 erstrecken.

Figur 7 zeigt die Draufsicht eines Einziehadapters für hydraulische Leitungen 84 und elektrische Leitungen 86. Ein Paar von Dreh-Druck-Konstruktionen 70 ist mit Hilfe von Verriegelungszapfen 82 und Verriegelungshülsen 80 mit der Platte 76 verbunden, auf der ein Schutzkäfig 74a angeordnet ist, der einen Schutz für Buchsen 72a und 72b darstellt. Die Platte 76 nimmt außerdem eine abgerundete Nase 78 auf, mit der ein ziehendes Kabel 68 verbunden ist.

Figur 8 zeigt die Verwendung des ziehenden Kabels 68 zum Ziehen des Einziehadapters 14 über die Rampe 27 auf den Vorbau 26. In manchen Fällen können der Einziehadapter 14 und die Buchsenanordnung vom Boden abgehoben sein, aber die Vorrichtung arbeitet in beiden Fällen in derselben Weise. Die ziehenden Kabel 68 erstrecken sich von der nasenförmigen Klinke 60 über ein Kreuzgelenk 88, einen Drehantrieb 90 und einen Hydraulikzylinder 92. Nach dem Austritt aus dem Hydraulikzylinder 92 läuft das Kabel 68 über eine Reihe von Rollen 96 und Seilscheiben 97, 98 und 99, bevor es in den hydraulischen Kabelziehapparat 66 hineinführt.

Die Kolbenstange 94 und der Kolben 240 sind zentrisch bei 242 durchbohrt, so daß das ziehende Kabel 68 hindurchtreten kann. In dem Zylinder 92 ist ein rohrförmiges Organ 244 verschiebbar und abdichtend angeordnet, das eine Führung für den Durchtritt des Kabels 68 aus dem Zylinder heraus bildet.

Auf der Kolbenstange 94 ist ein Keilzahnrad 246 befestigt, das mit einer Zahnstange 248 in Eingriff ist, die zum Antrieb mit einem nicht gezeigten Hydraulikzylinder verbunden ist. Die aus Zahnstange, Zahnrad und Zylinder bestehende Einheit kann die Kolbenstange und damit die Klinke 60 insgesamt um 360° drehen, d. h. mindestens um 180° in beiden Richtungen von der Mittel-

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stellung, die in den Figuren dargestellt ist.

Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Klinke 60 mit der eingeklinkten Nase 78. Die Klinke 60 weist ein i. w. zylindrisches Gehäuse mit einer Rückplatte 250 und einer Frontöffnung 252 auf, durch die die Nase 78 hindurchtreten kann. Mehrere Klemmbacken 254, vorzugsweise drei, sind bei 256 in einer solchen Stellung schwenkbar gelagert, daß sie in Eingriff hinter die Schulter 258 der Nase 78 geschwenkt werden können. Zur Schwenkbewegung dienen Hydraulikzylinder 260, die jeweils einer Klemmbacke 254 zugeodnet sind. Dia Kolbenstange ?62 jedes Hydraulikzylinders 260 ist durch eine Verbindung an der Klemmbacke 264 angelenkt. Das Gehäuse weist ferner einen Richtzapfen 266 auf, der verschiebbar in einer Zylinderbohrung 268 in der Vorderseite der Klinke 60 gelagert ist. Der Richtzapfen 266 ist in der Zylinderbohrung 268 durch eine Sicherungsmutter 270 gehalten, die auf das Ende eines Bereiches 272 mit verringertem Durchmesser des Richtzapfens 266 aufgeschraubt ist. Eine Feder 274 drückt den Richtzapfen 266 in die in der Figur dargestellte Lage, in der das Ende des .Richtzapfens über die Stirnseite der Klinke hinaussteht.

Figur 10 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Stellung der Klinke 60 bezüglich des Einziehadapters 14, die auf der Buchse an einem Punkt zusammengebaut sind, an dem die Nase 78 in die Klinke 60 hineingezogen ist. An diesem Punkt befinden sich üblicherweise die Strömungsleitung und ihre Buchse 72 nicht in fluchtender Stellung mit der nach innen gerichteten Buchse. Allerdings wird die Strömungsleltungsbuchse 72 annähernd in ihrer Endstellung sein.

Figur 16 zeigt das Verbindungsantriebswerkzeug 100 für die Strömungsleitung, das mit Hilfe des Bohrgestängeantriebs 10 auf seinen Platz abgesenkt worden ist. Das Verbindungsantriebswerkzeug 100 ist in die richtige Stellung mit Hilfe von Führungsrohren 107 geführt worden, welche an Führungsstützen 22

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und Schleppseilen bzw. Führungsseilen 11 geführt sind. Das Verbindungsantriebswerkzeug 100 hat einen Tragrahmen mit einem Kopf 102 und einem Teil von davon abhängenden, vertikalen Rahmengliedern 104. An einem Rahmenglied 104 ist eine Gabel 105 angeordnet, während eine weitere Gabel 106 (vgl. Figur 22) an einem Stützglied 110 befestigt ist, welches relativ zu den Rahmengliedern 104 seitlich beweglich ist. Zwei Hydraulikmotoren

113 und Getriebe 114 sind für eine Horizontalbewegung mit den Hydraulikzylindern gelagert. Ein sechseckiger Sockel 115 ist so verbunden, daß er durch die Ausgangswelle jedes Getriebes

114 angetrieben werden kann. Unter den Getrieben 114 ist ein Durchflußleitungsverbinder 116 über zwei Zapfen 118 befestigt.

Der Durchflußleitungsverbinder kann so ausgebildet sein, wie er in der US-PS 3 843 168 dargestellt ist. Derartige Verbinder haben, wie beispielsweise die Figur 16 zeigt, ein Paar von Platten 120 und 122, die an einer Dichtplatte 124 befestigt sind, welche ihrerseits zwischen den beiden Hälften 126 und 128 einer Klemme befestigt ist. Ein Paar zylindrischer Buchsen 130 erstreckt sich zwischen der oberen Platte 120 und der unteren Platte 122 und nimmt durch diese die Zapfen 118 auf, welche von dem Antriebswerkzeug 100 abstehen. Wie die Figur zeigt, ist jeder Zapfen 118 in der Nähe seines unteren Endes mit einem Paar von seitlich verschiebbaren Rasten 132 ausgerüstet, die mit einem konischen Keil 134 in Eingriff kommen können, welcher am Ende einer Stange 136 getragen ist, welche ihrerseits mit einem Kolben 138 verbunden ist. Der Kolben ist in einer zylindrischen Kammer 140 in dem Zapfen 118 gelagert und wird durch eine Feder 142 nach oben gedrückt. Eine Hydraulikleitung 144 dient zur Zufuhr und Abfuhr eines hydraulischen Mediums 2,u bzw. von der zylindrischen Kammer I40.

Aus Gründen der Vereinfachung wurde nicht versucht, alle Hydraulikleitungen und Verbindungen darzustellen, die zum Betrieb der beschriebenen Vorrichtung notwendig sind, weil diese allgemein bekannt sind. Derartige Verbindungen und Leitungen wer-

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den bei Bedarf vorgesehen, und Hydraulikschläuche werden angeschlossen, bevor die Werkzeuge abgesenkt werden. Diese können dann an dem Gestängerohr gebündelt befestigt werden, wenn jedes Werkzeug abgesenkt wird. Ein gaalgnetes und an sich bekanntes Steuerpult ist an der Zelle A vorgesehen, so daß die Werkzeuge, wie nachfolgend beschrieben, betätigt werden können.

Die Tätigkeit der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung beginnt mit der Verlegung der Schleppseile 11 zwischen cer Zelle A und der Unterwasser-Produktionseinheit 12.

Das Einziehwerkzeug 39 wird auf der Zelle A getestet, um sicher zu sein, daß es richtig funktioniert. Auf der Zelle B wird ein Durchflußleitungsbündel bereitgestellt, und der Einziehadapter 14, die Durchflußleitungsbuchsenanordnung und der Schutzdeckel werden daran befestigt. Mit dem Einziehwerkzeug 39 werden die erforderlichen Hydraulikschläuche verbunden, und die Drahtverbindung 68, welche das Einzugskabel enthält, wird vorbereitet, indem ein Wiederbeschaffungspfeil an einem Ende und ein Drehkopf am anderen Ende befestigt werden; der Wiederbeschaffungspfeil ist in dem Kabelziehapparat 66 angeordnet, während der Drehkopf in der Nase 68 auf der Zelle B installiert ist. Die Führungsleitungen werden dann durch die Führungsrohre 40 auf dem Einziehwerkzeug gefädelt, und das Bohrgestänge 10 wird mit dem hydraulischen Kabelziehapparat 66 verbunden, worauf das Werkzeug auf den Boden abgesenkt wird. Während der Absenkung wird das Einzugskabel aus der Zelle B ausgelegt, wobei eine Spannung auf dieses aufrechterhalten wird, um Verwicklungen zu vermeiden. Wenn sich das Werkzeug dem Vorbau nähert, wird auf die "freigesetzte" Seite des Zylinders 41 durch Einziehwerkzeuge ein Druck ausgeübt. Das Werkzeug wird dann auf dem Vorbau abgesetzt, und ein Druck wird auf die "Sperr"-Seite des Dreh-Druck-Zylinders aufgebracht. Dann wird das Gestängerohr mit einer Kraft von beispielsweise 5000 pounds (ca. 22235 N) über dem Gewicht des ablaufenden Seiles und Einzugswerkzeuges nach oben gezogen, wobei die Kraft ausreichend ist, um sicher-

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zustellen, daß das Werkzeug an dem Vorbau festgehalten ist. Auf die Zylinder 150 wird ein Druck aufgebracht, um sicherzustellen, daß der Aufbau richtig angehoben wird. Dieser Druck wird über die gesamte Einzugsoperation aufrecht erhalten. Der Wiederbeschaffungspfeil wird durch das Gestängerohr erfaßt und an die Oberfläche gezogen, wobei Einzugskabel zur Kompensation aus der Zelle B ausgelegt wird. Auf dem Kabel wird eine Spannung aufrecht erhalten, um Verwicklungen zu verhindern. Das Ende des Einzugskabels wird auf der Zelle A mit einer Winde verbunden.

Das Durchflußleitungsbündel wird dann von der Zelle B in Richtung auf den Meeresboden abgesenkt, wobei überschüssiges Kabel auf der Zelle A aufgespult wird. Es ist wichtig, sorgfältig Einzugsbelastungen festzustellen, um zu verhindern, daß die maximale Kabelkapazität überschritten wird. Nachdem sich das Durchflußleitungsbündel dem Meeresboden genähert oder diesen erreicht hat, wird der Zug durch das Kabel fortgesetzt, bis sich der Einzugsadapter 14 der Rampe 27 nähert. Vorzugsweise wird eine Fernsehkamera eingesetzt, um die Operation zu übe,rwachen und feststellen zu können, wenn sich der Adapter in der richtigen Stellung befindet. Der Zug wird fortgesetzt, bis die Nase 78 in die Klinke 60 eintritt. Das kann durch eine Fernsehkamera mit Monitor festgestellt werden. Außerdem kann der Eintritt durch den plötzlichen Anstieg der Last auf dem Einzugskabel festgestellt werden. Falls erforderlich, kann Wasser durch das Gestängerohr hinuntergepumpt werden, um den Einzugsadapter mit scharfem Strahl zu waschen.

Wenn die Nase in die Klinke eingetreten ist, wird ein Druck auf die "Sperr"-Seite der Klinken-Hydraulikzylinder 260 aufgebracht, so daß sich die Klemmbacken 254 der Klinke um die Nase herum schließen. Um eine radiale Ausrichtung zu erreichen, wird der Drehantrieb 90 eingeschaltet, so daß die Klinke entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotiert, bis der Richtzapfen 266 in den Schlitz 77 des Einziehadapters ein-

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greift. Dann wird der Drehantrieb nochmals betätigt, um den Einziehadapter mit der daran befestigten Strömungsleitungsbuchse 72 zu drehen, bis er mit der nach innen gerichteten Buchse 24 ausgerichtet ist.

An diesem Punkt sind die Klinke und der Durchflußleitungsadapter beispielsweise in der in Figur 10 gezeigten Stellung, weil üblicherweise die Ausrichtung nicht exakt ist. Darauf wird auf den Hydraulikzylinder 92 ein Druck aufgebracht, wodurch die Rückplatte 250 der Klinke 60 in Eingriff mit der Frontplatte 280 des Drehantriebs 90 gezogen wird. Wenn eine Kante der Platte 250 die Platte 280 ergreift, bewirkt ein zusätzlicher Zug, daß die Klinke mit dem daran verankerten Durchflußleitungsadapter um die Beührungskante schwenkt, bis sich die Platten in voller Berührung befinden und die nach außen gerichtete Durchflußleitungsbuchse axial mit der nach innen gerichteten Buchse fluchtet.

Die verschiedenen Teile befinden sich zu diesem Zeitpunkt in den in Figur 11 gezeigten Stellungen. Danach wird die Schubstange 50 durch die teleskopischen Hydraulikzylinder 150 und 152 abgesenkt, bis die unteren Enden der Haltebuchsen 184 in die oberen Enden 77 der Verriegelungsbuchsen 75 eingreifen. Wie die Figur 11 zeigt, ist in der Buchse 184 ein Verriegelungsstift 186 angeordnet, der in der Buchse durch die Gabel 174 gehalten ist. In der Nähe des unteren Endes ist der Verriegelungsstift 186 mit einer federbelasteten Sperre 188 ausgerüstet. Wenn die Buchse 184 in Eingriff mit dem oberen Ende der Buchse 75 kommt, wie Figur 12 zeigt, ragt das untere Ende des Stiftes nicht in die Öffnung 190 verringerten Durchmessers am unteren Ende der Buchse 75. Daher bewirkt eine nachunten gerichtete Kraft auf die Buchse 75, daß sich die erweiterten Bereiche 81 aus der Aussparung 73 nach innen bewegen, so daß sich die Buchse nach unten in eine Aussparung 192 in der Dreh-Druck-Bohrung 32 des Vorbaus bewegt, wie Figur 12 zeigt. Danach werden die Gabeln 174 zurückgezogen, und die Schubstange 50 wird angehoben, bis sich die Gabeln über der Spitze des Stiftes 186

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befinden, wie Figur 13 zeigt. Danach werden die Gabeln erneut in die Buchse 184 vorgeschoben, worauf die Schubstange nach unten bewegt wird. Die Gabeln erfassen das obere Ende des Stiftes 186 und drücken diesen nach unten, bis er in die untere Öffnung 190 mit verringertem Durchmesser eingreift. Die erweiterten Enden 81 der Finger 79 werden dadurch in Eingriff mit der Aussparung 192 gehalten, so daß die Dreh-Druck-Konstruktion 70 mit dem Vorbau 26 verriegelt ist.

Danach werden die G_abeln 174 erneut zurückgezogen, und die Schubstange 50 wird abgesenkt, bis sich die Hülse 162 auf dem oberen Ende der Verriegelungshülse 80 abstützt, wie Figur 14 zeigt. Danach werden die Hydraulikzylinder 178 und 180 betätigt, um die Gabeln 174 in die Hülse 162 zu bewegen, wodurch sie den Verriegelungszapfen 82 zwischen dem Kopf 83 und dem Kragen 85 erfassen.

Wie Figur 15 zeigt, wird darauf die Schubstange 50 nach oben bewegt. Die Bewegung der Gabeln 174 zieht den Zapfen 82 aus der Hülse 80, wodurch diese entriegelt wird. Danach wird (vgl. Figur 4) der Hydraulikzylinder 41 zurückgezogen, um das Einzugswerkzeug von der Basis zu lösen, und das gesamte Einzugswerkzeug wird mit Hilfe des Bohrgestänges 10 angehoben, wodurch die Hülse 80 von der Dreh- D_ruck-Konstruktion 70 abgezogen wird und der Schutzkäfig 74 aus seiner Stellung entfernt wird, in der er die nach außen gerichtete Strömungsleitungsbuchse 72 abdeckt. Auf diese Weise werden die nach innen gerichtete Buchse 24 und die nach außen gerichtete Buchse 72 i. w. in ihrer Endstellung gelassen, wobei jede von ihnen durch einen Schutzdeckel 200 geschützt ist.

Anschließend wird das Verbindungsantriebswerkzeug 100 am Schleppseil 11 installiert und, wie Figur 16 zeigt, auf das Bohrgestänge 10 abgesenkt. Wenn sich das Werkzeug abwärts bewegt, spreizen die Gabeln 105 und 106 die Buchsenaufnahmen und 194 hinter den Kragen 24c und 72b. Bei einer weiteren Ab-

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wärtsbewegung erfassen Knöpfe 211 die Drückerplatten 220 und geben dadurch die Schutzdeckel 200 frei, so caß diese von den nach innen bzw. nach außen gerichteten Buchsen abfallen. Die Endstellung des Verbindungsantriebswerkzeugs ist wie in Figur 17 dargestellt, wobei sich die Dichtplatte 124 zwischen den beiden Buchsen befindet. Dann werden die Hydraulikzylinder 108 betätigt, um die beiden Buchsen zusammen durch die auf die Gabeln 105 und 106 wirkende Kraft zu ziehen, wie Figur 18 zeigt. Da die nach außen gerichtete Buchse auf dem Vorbau untergehakt ist, bewegt sich nur die nach innen gerichtete Buchse, indem sie durch das Lagergehäuse 2? gleitet und diese Bewegung in den Strömungsleitungs-Schleifen am Steigrohrkopf absorbiert wird.

Danach werden die beiden Klemmenhälften 126 gegeneinander bewegt, um die einander gegenüberliegenden Buchsen in dichtende Berührung mit der Dichtung durch Rotation des sechseckigen Sockels 115 zu bringen, welcher durch die Motoren 113 und das Getriebe 114 angetrieben wird.

Dann wird hydraulischer Druck auf den Kolben 138 in dem Zapfen 118 aufgebracht, um dadurch die Rasten 132 freizugeben. Das gesamte Verbindungsantriebswerkzeug 100 wird dann mit Hilfe des Gestängerohres nach oben gezogen, wie Figur 19 zeigt, und kann dann von der Zelle A aufgenommen werden. Die Vorrichtung der Erfindung stellt auch Mittel für den Wiedereinsatz und die Entkupplung der Buchsen, zur Wiederverwendung oder zum Wiedereinsatz der Dichtung sowie zur Lösung der Durchflußleitungsbuchse von dem Vorbau und zu deren Anhebung an die Oberfläche zur Reparatur und für den Ersatz zur Verfügung, falls das notwendig sein sollte.

Auf diese Weise kann das Verbindungsantriebswerkzeug 100 durch das Gestängerohr wieder abgesenkt werden, wobei die Gabeln 105 und 106 die Buchsenaufnahmen 192 und 194 hinter den Kragen 24c und 72b spreizen. Die Zapfen 118 können in die Buchsen 130 eintreten und in diesen nach unten vordringen,bis die Rasten 32

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aus dem Boden heraustreten. Die sechseckigen Sockel 115 können in Eingriff mit den sechseckigen Antrieben der Klemme kommen, und der Motor 113 kann zum Öffnen der Klemme angetrieben werden, wodurch die Buchsen und die Dichtungen freigegeben werden. Wenn das Verbindungsantriebswerkzeug 100 angehoben wird, tragen die Zapfen 118 die Klemme und die Dichtung zusammen mit dem Antriebswerkzeug nach oben. Darauf kann eine Dichtung in derselben Weise wie zuvor beschrieben eingesetzt werden.

Wenn es erforderlich ist, eine Durchflußleitungsbuchse zu reparieren oder zu ersetzen, wird das Einziehwerkzeug 39 mit dem Einziehadapter 14 nach unten in Stellung gebracht. Die Hülse 80 tritt in die Dreh-Druck-Konstruktion 70 ein und kommt in Eingriff mit der Aussparung 73. Der Zylinder 41 wird betätigt, um das Einziehwerkzeug am Vorbau zu befestigen. Die Schubstange 50 wird abgesenkt, um den Zapfen 82 in die Hülse 80 zu bringen und diese dadurch in der Dreh-Druck-Konstruktion zu verriegeln. Die Gabeln 174 werden betätigt, um die Stifte 186 zu erfassen, wodurch diese bei einer Aufwärtsbewegung der Schubstange 50 nach oben gezogen werden. Die Sperren 188 ergreifen die unteren Enden der Buchsen 75 und ziehen diese aus den Verriegelungsbohrungen 71, wodurch die Dreh-Druck-Konstruktion von dem Vorbau gelöst wird. Der Dreh-Druck-Zylinder 41 kann dann zurückgezogen werden, und der gesamte Einzugsapparat kann zur Oberfläche angehoben werden, wobei mit diesem das Ende der Durchflußleitungsbuchse getragen wird. Statt dessen oder zusätzlich kann ein Einzugskabel zusammen mit dem Einzugsadapter abgesenkt worden sein, wobei dieses Kabel zum Unterstützen der Aufwärtsbewegung benutzt wird.

Obwohl diese Erfindung anhand der Verbindung von Durchflußleitungen mit einer Unterwasser-Konstruktionseinheit beschrieben worden ist, können dieselbe Vorrichtung und das Verfahren auch zur Verbindung elektrischer Kabel und hydraulischer Steuerleitungen verwendet werden. Notwendige Abänderungen für derartige Verbindungen sind für den Fachmann offensichtlich.

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Claims

ELISABETH JUNG or phil, dipl - JÜRGEN SCHIRDEWAHN dr. rer. nat . dipl -phys. GERHARD SCHMITT-NILSON dring GERHARD B. HAGEN dr phil PETER HIRSCH dipl ing. PATENTANWÄLTE PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE tciO^b 2 b 2 5 8000 P. O. BOX 40 14 68 CLEMENSSTRASSE 30 TELEFON: (089)34 50 67 TELEGRAMM/CABLE: INVENT MÖNCHEN TELEX: 5-29 686 München, 28. Dezember 1979 Q 260 M Dr.ScliN/gu/ba McEvoy Oilfield Equipment Company Brookhollow One, Suite 100 9900 Northwest Freeway Houston, Texas 77092 U.S.A. Vorrichtung zur Verbindung von Unterwanserleitungen Priorität: USA tlr. 973895 28. Dezember 1978 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur fernbetätigten Verbindung eines Paares axial fluchtender Unterwasserbuchsen, gekennzeichnet durch einen Kragen an jeder Buchse, ein Verbindungswerkzeug, ein Paar von Gabeln, die von dem Verbindungswerkzeug abhängen, eine auf dem Verbindungswerkzeug getragene Dichtung, Mittel zum Absenken des Verbindungswerkzeuges durch das Wasser in eine derartige Stellung, daß jede dabei hinter den Kragen der Buchse greift und die Dichtung zwischen den Buch-

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sen liegt, Mittel auf dem Verbindungswerkzeug zum Aufbringen einer Kraft auf die Buchsen, um diese gegeneinander zu bewegen, wobei die Buchsen in Dichtkontakt mit der Dichtung kommen, und durch Verbindungsmittel, die lösbar durch das Verbindungswerkzeug getragen sind und die die Buchsen in dichtenden Kontakt mit der Dichtung verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Lösen des Verbindungswerkzeuges von den Verbindungsmitteln, wobei das Verbindungswerkzeug zur Oberfläche angehoben werden kann und i. w. nur die Verbindungsmittel und die Dichtung zurückläßt.

3· Verfahren zur fernbetätigten Verbindung eines Paares axial fluchtender Unterwasserbuchsen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Absenken eines Verbindungswerkzeuges in eine Stellung zum Erfassen der Buchsen,

- Anordnung einer Dichtung zwischen den Buchsen,

- Aufbringung einer Kraft auf die beiden Buchsen von dem Verbindungswerkzeug, um diese gegeneinander in dichtende Berührung mit der Dichtung zu bewegen,

- Aufbringung einer Kraft von dem Verbindungswerkzeug,

um die Buchsen in Berührung mit der Dichtung zu verbinden und

- Wiedergewinnung des Verbindungswerkzeugs.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungswerkzeug einen Verriegelungszapfen aufweist und daß die Mittel zum Lösen wenigstens eine seitlich verschiebbare Klinke aufweisen, die durch einen federbelasteten, konischen Keil ergriffen ist, der mit einem Hydraulikkolben in einem Zapfen des Verbindungswerkzeuges verbunden ist, wobei der Hydraulikzylinder mit Verbindungsmitteln für Hydraulikmedium verbunden ist und dadurch von fern betätigt werden kann, um den Keil nach unten zu drücken und dabei die

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Klinke freizugeben.

Vorrichtung zum fernbetätigten Lösen eines Paars von axial miteinander fluchtenden Unterwasserbuchsen, die durch ein Verbindungswerkzeug gegeneinander in Dichtkontakt gedrückt werden, gekennzeichnet durch wenigstens eine seitlich verschiebbare Klinke, einen von einer Feder belasteten, konischen Keil, der mit der Klinke in Eingriff ist, einen Einklinkzapfen in dem Verbindungswerkzeug, einen mit dem Keil in dem Zapfen verbundenen Hydraulikkolben und Verbindungsmittel für hydraulische Flüssigkeit für die Fernbetätigung des Hydraulikkolbens, um den Keil nach unten zu drücken und dadurch die Klinke freizugeben.

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