DE69009143T2

DE69009143T2 - Unterwassermodul und system für dessen installation.

Info

Publication number: DE69009143T2
Application number: DE69009143T
Authority: DE
Inventors: Frank Mohn
Original assignee: Framo Developments UK Ltd
Current assignee: Framo Engineering AS
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2010-02-24
Also published as: AU5157890A; ATE106111T1; WO1990010139A2; ES2054340T3; EP0426773B1; NO304079B1; WO1990010139A3; DE69009143D1; NO904503D0; DK0426773T3; CA2028102C; US5088558A; GB8904295D0; CA2028102A1; NO904503L; BR9005416A; AU639444B2; EP0426773A1

Description

Die Erfindung betrifft die Installation einer Ausrüstung an Unterwasserstationen und insbesondere die Installation einer Betriebsausrüstung, beispielsweise von Pump- und Ventilmodulen.
Eine Pumpausrüstung in Unterwasserpumpstationen muß normalerweise während der Lebensdauer der Station gewartet und ausgetauscht werden. Die Wartung muß an der Oberfläche durchgeführt werden, so daß es möglich sein muß, die Pumpenausrüstung von der Station zu trennen und zur Oberfläche zurückzuholen und danach wieder in die Station einzubauen und anzuschließen. Es müssen elektrische Anschlüsse und/oder Fluidanschlüsse hergestellt werden und es entstehen Schwierigkeiten bei der Handhabung, beim Anschluß und beim Abdichten. Bei herkömmlichen Ausbildungen muß beispielsweise eine zurückholbare Motoreinheit zunächst in ihre erforderliche Position relativ zur Unterwasserstation gebracht werden und müssen dann die notwendigen Anschlüsse als separater Arbeitsschritt hergestellt werden, was Arbeitsvorgänge verschiedener Art an verschiedenen Stellen mit sich bringt.
Die GB-A-2 209 550, veröffentlicht am 17. Mai 1989, beschreibt eine Steuervorrichtung für eine Unterwasserbohrlochinstallation, die Steuereinrichtungen, die in Aufnahmebehältern aufnehmbar sind, umfaßt, wobei die Steuereinrichtungen und die Aufnahmebehälter komplementäre Eingriffsteile mit hydraulischen und elektrischen Anschlüssen aufweisen, von denen diejenigen in den Aufnahmebehältern von Hülsen überdeckt sind, die durch die Steuereinrichtungen beim Eintritt in die Aufnahmebehälter versetzt werden.
Die Erfindung liefert dementsprechend eine Vorrichtung zur zurückholbaren Installation eines Betriebsmoduls an einer Unterwasserstation, welche Vorrichtung einen Behälter an der Unterwasserstation zum Einbau des Betriebsmoduls, eine erste elektrische Leitereinrichtung an der Modulwand, eine zweite elektrische Leitereinrichtung im Inneren des Behälters zur Zusammenarbeit mit der ersten Leitereinrichtung, um zwischen dem Modul und dem Behälter beim Einbau des Moduls in den Behälter eine elektrische Verbindung herzustellen, und versetzbare Schutzeinrichtungen umfaßt, die die erste und die zweite Leitereinrichtung vor dem Einbau schützen.
Jede Schutzeinrichtung kann eine Hülse zum Schützen der Leitereinrichtung umfassen, welche Hülse versetzbar ist, so daß die Leitereinrichtung als Folge des Einbaus vorzugsweise gegen einen Federvorspannung freigelegt wird.
Der Betriebsmodul kann einen Modul umfassen, der Pumpelemente und Antriebseinrichtungen dafür zusammen mit Verbindungseinrichtungen für die elektrische Verbindung und die Fluidverbindung enthält. Der Modul hat zweckmäßigerweise eine langgestreckte kreiszylindrische Form zur Aufnahme in einem rohrförmigen Behälter, der sich an der Unterwasserstation befindet und mit Fluidverbindungseinrichtungen an Stellen versehen ist, die zu den Fluidverbindungseinrichtungen des Moduls ausgerichtet sind.
Der Betriebsmodul kann statt dessen ein elektrisch betätigter Ventilmodul sein, der wiederum eine langgestreckte kreiszylindrische Form mit Fluidanschlußöffnungen an seiner Außenfläche haben kann. Der Modul kann wiederum in einem Behälter aufgenommen werden, der mit Fluidanschlußöffnungen zur Ausrichtung zu den Fluidöffnungen des Moduls versehen ist.
Bei einem beliebigen Betriebsmodul in der Vorrichtung der Erfindung, der eine Fluidverbindung zu der Unterwasserinstallation benötigt, sind Dichtungseinrichtungen zum Sicherstellen der Unversehrtheit der Fluidverbindungen zwischen den Fluidöffnungen des Moduls und denen des Behälters vorzugsweise am Modul vorgesehen, wobei die Dichtungseinrichtungen vorzugsweise als Folge oder während der Endphase des Eintritts des Moduls in den Behälter wirksam gemacht werden.
Der Modul kann somit Dichtungsringe enthalten, die unwirksam sind, wenn der Modul am Anfang im Anschlußbehälter aufgenommen wird, die dann jedoch zwischen dem Modul und der diesen umgebenden Anschlußwand wirksam gemacht werden können. Die Dichtungsringe können somit durch eine Relativbewegung von Halteringen zwischen denen sie jeweils axial zum Modul aufgenommen sind, zweckmäßigerweise unter dem Fluiddruck verformt werden. Der Modul kann auf Schultern an der Bohrung des Behälters gehalten sein und weiter nach innen gedrückt werden, um die Bewegung der Halteringe gegen einen Widerstand zu bewirken, der durch die Ineingriffnahme eines Handhabungsinstruments vorgesehen wird, von dem der Modul am Behälter ausgeht.
Es kann eine Vorkehrung getroffen sein, die elektrischen Leitereinrichtungen durch ein geeignetes Spülfluid, im typischen Fall ein Schutzöl, während des Einbaus und, falls erwünscht, während des normalen Betriebes zu spülen.
Die Erfindung liefert auch vorteilhafte Anordnungen zum Führen des Betriebsmoduls zu seiner bestimmten Stelle in der Unterwasserinstallation und zu seinem eventuellen Zurückholen.
Es kann somit ein Kabel von einem Schiff an der Oberfläche durch den Behälter und anschließend zurück nach oben zum Schiff verlaufen, so daß der Modul in den Behälter entlang des Kabels geführt werden kann. Das Kabel kann zu einem stampfkompensierten Seilscheibensystem am Schiff auf der Oberfläche verlaufen und dann über zwei Winden, eine zum Auslaufenlassen des Kabels und eine zum Einziehen des Kabels, betrieben werden.
Das Kabel kann einfach nach der Installation gelöst werden, ein unteres freies Ende kann jedoch auch an einem geeigneten Halter an der Station beispielsweise an einem Halteträger außen am Behälter zur anschließenden Wiederverbindung befestigt werden, wenn der Modul zur Oberfläche zurückgeholt werden soll. Der Modul wird dann über eine Laufschleife während des Rückholens geführt statt frei aufgehängt zu sein.
Die Handhabungsausrüstung, die ein derartiges System erforderlich macht, ist kompakt und leicht am Schiff an der Oberfläche zu handhaben. Die Installation muß nicht streng überwacht werden, da die Einheit nicht frei schwimmt und es kann ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) verwandt werden, wobei nur herkömmliche Funktionen ausgeführt werden müssen. An der Unterwasserstation vermeidet die Führung, die das Laufkabel liefert, die Notwendigkeit, Führungstrichter vorzusehen. Die Möglichkeit eines beschädigenden Anschlags an die Station wird durch die Verwendung des Kabels vermieden, es wird keine Stoßbelastung auf die Station übertragen und es sind auch keine Stoßaufnehmer erforderlich.
Ein derartiges Installationssystem ist ohne weiteres auf die Installation eines Pump- oder Ventilmoduls an einer Unterwasserpumpstation anwendbar, bei der ein Behälter in Form eines aufrechtstehenden Rohres von einem Rahmen um ein Steigrohrkreuz gehalten ist. Der Behälter kann nahe am Kreuz angeordnet sein und auferlegt dem Rahmen keine übermäßig großen Halteanforderungen.
Der Betriebsmodul kann stattdessen mittels eines Handhabungsinstruments eingebaut werden, in das er im wesentlichen eingeschlossen ist. Der Modul kann somit wirksam während der Bewegung zur Unterwasserstation und während der Übertragung vom Instrument in den Anschlußbehälter geschützt werden.
Vorzugsweise hat das Instrument ein nach unten über den Modul hinausgehendes offenes Ende, mit dem es am Behälter verriegelt werden kann, um eine genaue axiale Ausrichtung zwischen dem Modul und dem Behälter sicherzustellen. Die Erfindung liefert auch ein Installationssystem für einen Modul, der mit einem derartigen Handhabungsinstrument montiert wird, wobei das Instrument von einem Eintrittstrichter in eine bestimmte Beziehung zum Behälter geführt wird, aus der die Übertragung des Moduls vom Instrument in den Behälter bewirkt werden kann. Stoßaufnehmereinrichtungen können vorgesehen sein, wenn das zweckmäßig ist. Es kann wiederum dafür gesorgt sein, daß Dichtungsringe eingerichtet sind, wie es oben beschrieben wurde.
Bei alternativen Installationsanordnungen wird der Modul im Inneren seines Handhabungsinstruments in seine Installationsbeziehung zum Behälter durch Führungskabel und Führungspfosten geführt sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel in Form eines elektrisch angetriebenen Pumpenmoduls ist gemäß der Erfindung vorzugsweise ein integriertes Schmier-, Schutz- und Kühlölsystem vorgesehen. Das Öl kann auch dazu verwandt werden, die elektrischen Kontakte zwischen dem Modul und dem Behälter vorzugsweise nicht nur während des Einbaus, sondern auch während des normalen Betriebes zu spülen. Die Ölzirkulation kann durch ein Laufrad bewirkt werden, das direkt an der Motorwelle angebracht ist. Das Laufrad muß nur einen Druck liefern, der die Reibungsverluste in der Baueinheit selbst überwindet. Ein statischer Öldruck kann durch eine äußere Ölversorgung vorzugsweise über die Versorgungsleitung oder Nabelleitung, die mit der Baueinheit im Bereich ihrer elektrischen Kontakte gekoppelt ist, geliefert werden. Öl muß der Baueinheit geliefert werden, da an der Pumpenwellendichtung während des Betriebes eine geringe Menge an Öl auslaufen wird. Das Öl kann in gewissem Maße die Pumpenlager schmieren. Im betriebsbereitem Zustand, wenn die Baueinheit nicht arbeitet, ist es erwünscht, eine Steuerung des Öls von außen zur Verfügung zu haben.
Ein Ölvorrats- und -drucksteuersystem kann in den zurückholbaren Modul eingebaut sein oder die Form einer separaten Tankeinheit haben, die an der Unterwasserstation installiert ist.
Das Ölschmierungssystem enthält vorzugsweise Ölfilter und/oder einen Ölkühler. Sensoren, die Signale für die Statusüberwachung liefern, können eingebaut und direkt mit einer Überwachungsausrüstung an der Oberfläche über separate Kontakte und Leiter oder über einen Multiplexbetrieb an den Versorgungsleitungen verbunden sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1A und 1B Seitenschnittansichten nur des oberen und des unteren Teils einer ersten Einheit oder eines ersten Moduls zeigen, der in einem rohrförmigen Behälter einer Unterwasserstation gemäß der Erfindung aufgenommen ist und zwar direkt nach der Installation über einen Installationsanschlußteil, der teilweise oben in Fig. 1A dargestellt ist, wobei die linke und die rechte Seite dieser Figuren jeweils den Zustand des Moduls nach und vor dem Einrichten der Dichtungsringe zeigen,
Fig. 2 und 3 teilweise geschnittene Seitenansichten, die die aufeinanderfolgenden Phasen des Eintritts der Einheit von Fig. 1A und 1B in den Behälter zeigen,
Fig. 4 bis 8 schematische Seitenansichten in kleinerem Maßstab, die den Einbau des Moduls von Fig. 1A und 1B an der Unterwasserstation darstellen,
Fig. 9 in einer ähnlicher Ansicht das Zurückholen des Moduls,
Fig. 10 und 11 ähnliche Ansichten wie Fig. 4 bis 9, jedoch den Einbau des Moduls nach Maßgabe eines abgewandelten Systems,
Fig. 12 und 13 in ähnlichen Ansichten das Zurückholen des Moduls gemäß des abgewandelten Systems,
Fig. 14A und 14B teilgeschnittene Seitenansichten, die gemeinsam einen zweiten Modul zeigen, der gemäß der Erfindung in einen rohrförmigen Behälter an einer Unterwasserstation eingebaut wird,
Fig. 15 in einer ähnlichen Ansicht im vergrößerten Maßstab nur den unteren Teil der Baueinheit von Fig. 14A und 14B direkt vor dem Abschluß des Einbaus,
Fig. 16 eine Fig. 15 ähnliche Ansicht, jedoch mit abgeschlossenem Einbau,
Fig. 17 eine schematische geschnittene Seitenansicht im kleineren Maßstab des Moduls von Fig. 14A und 14B, der in einem Handhabungsinstrument aufgenommen ist,
Fig. 18 bis 21 Ansichten, die Fig. 17 ähnlich sind und die aufeinanderfolgenden Schritte des Einbaus des Moduls von Fig. 14A und 14B an der Unterwasserstation unter Verwendung des Handhabungsinstruments von Fig. 17 zeigen,
Fig. 22 eine Seitenansicht einer Unterwasserstation mit einem Aufnahmebehälter zur Aufnahme des Moduls und der Handhabungsausrüstung von Fig. 17, wobei jedoch ein weiteres Installationssystem dargestellt ist,
Fig. 23 eine teilweise geschnittene Seitenansicht in vergrößertem Maßstab, die den Einbau der Handhabungsausrüstung von Fig. 17 an der Unterwasserstation von Fig. 22 mittels eines weiteren Systems zeigt, und
Fig. 24 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventilmoduls, der in einen Behälter durch ein Installationssystem eingebaut ist, das dem in den Fig. 4 bis 8, Fig. 10 und 11, Fig. 18 bis 21 oder 22 und 23 dargestellten Installationssystem ähnlich ist.
Der Modul 1, der in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist, umfaßt einen im wesentlichen kreiszylindrischen Körper 2 mit einem konischen unteren Ende, der von einem Aufhänge- oder Rastkopf 4 mit etwas größerem Durchmesser nach unten hängt. Der Körper 2 enthält eine Turbine zum Antreiben von Pumpenelementen, um Fluid von einer Einlaßöffnung 5 in seiner Seitenwand zu einer Auslaßöffnung 6 zu bewegen, die sich gleichfalls in der Körperseitenwand befindet. Für hydraulisches Fluid zum Antreiben der Turbine sind Einlaß- und Auslaßöffnungen 7 und 8 vorgesehen. Wenn der Modul dazu dient, Mischphasenfluide zu pumpen, dann kann eine Mischeinrichtung, wie sie in der Anmeldung EP 90 300 391.1 (FD17) beschrieben ist, im Modul enthalten sein, um das strömende Fluid zu homogenisieren und dadurch das Pumpen zu erleichtern.
Der Modul 1 ist in den Fig. 1A und 1B in einem Behälter 10 einer Unterwasserpumpstation aufgenommen dargestellt, welcher Behälter die Form einer aufrecht stehenden Hülse hat, in die der Modul eng paßt. Der Modul 1 ist im Behälter 10 durch Verriegelungselemente 11 verriegelt oder verblockt, die vom Kopf 4 zur Aufnahme in einer inneren Nut 12 radial nach außen ausfahrbar sind, die am oberen Ende des Behälters vorgesehen ist. Ein Nabelleitungsanschluß 14 verläuft vom Kopf 4 nach oben zum Anschluß einer hydraulischen Versorgung, die für den Einbau des Moduls notwendig ist. Die zylindrische Wand des Behälters 10 ist mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung versehen, die zu den Öffnungen 5 und 6 sowie auch zu den Turbinenöffnungen 7 und 8 des Körpers 2 ausgerichtet sind, um den Modul mit der Unterwasserstation in Verbindung zu bringen.
Die Unversehrtheit der Verbindung zwischen den Öffnungen in der Wand des Körpers 2 und denen, die durch die Behälterwand hindurchgehen, wird durch Dichtungseinrichtungen sichergestellt, die ringartige Dichtungselemente 14 umfassen, die in der dargestellten Weise in Umfangsnuten 15 aufgenommen sind, die um den Körper 1 herum verlaufen.
Die Auslegung der Dichtungseinrichtungen ist derart, daß beim Eintritt des Moduls 1 in den Behälter 10 die Dichtungselemente 14 passiv in den Nuten 15 zwischen Halteringen 16 sitzen, wie es auf der rechten Seite in Fig. 1A dargestellt ist. Die Behälterbohrung weist Teile mit nacheinander kleinerem Durchmesser in Richtung nach unten auf, die durch fünf Schultern 17 getrennt sind. Wenn der Modul 1 in den Behälter 10 eintritt, kommt er zur Anlage an der Schulter 17, wie es auf der rechten Seite in Fig. 1A dargestellt ist. Der Körper 2 wird dann weiter unter einem Fluiddruck in den Behälter hereingedrückt. Diese weitere Bewegung schert Haltestifte 18 ab, die von den Halteringen 16 getragen sind, die zu den Dichtungselementen 14 gehören, so daß die Halteringe sich nach oben bewegen können und die Dichtungselemente einsetzen können, wie es auf der linken Seite von Fig. 1A dargestellt ist. Jeder Dichtungsring oder jedes Dichtungselement 14 weist nach oben und nach unten gewandte Nuten auf, in die benachbarte Teile der Halteringe eintreten, um das Dichtungselement so zu beaufschlagen, daß es den Zwischenraum zwischen dem Körper 2 und dem Behälter 10 schließt.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2 bis 8 ein System des Einbaus des Moduls 1 beschrieben.
Der Behälter 10 ist an der Unterwasserstation über einen Halterahmen 20 um einen Baum 21 angebracht.
In der in Fig. 4 dargestellten Weise trägt am Anfang ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) 30 ein Stück eines kunststoffbeschichteten Laufdrahtseils, das von einem Schiff an der Oberfläche abgesenkt wird, so daß sein unteres Ende durch den Behälter 10 hindurchgeht. Der Rahmen 20 hält unter dem unteren Ende des Behälters zwei Seilscheiben 22 und das ROV greift auf das Drahtseil wieder zu, nachdem dessen freies Ende durch den Behälter hindurchgegangen ist, und führt das Drahtseil um die erste Seilscheibe, die so angeordnet ist, daß die erste Bahn 31 des Drahtseils dann entlang der Achse des Behälters zur Seilscheibe verläuft. Das ROV führt dann das Drahtseil horizontal zur zweiten Seilscheibe, wie es in Fig. 5 dargestellt ist und führt dieses so, daß es nach oben verläuft, und zwar seitlich im Abstand vom Behälter zum Schiff an der Oberfläche, so daß sich eine zweite Bahn 32 bildet. Am Schiff werden beide Drahtseilbahnen an einem Stampfkompensatorseilzugsystem gehalten und werden ihre Enden an Winden angebracht.
Der Modul 1 kann dann an der ersten Seilbahn 31 zur ersten Seilscheibe 22 nach unten gekurbelt werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Der Modul 1 ist in dieser Phase an einem hydraulischen Handhabungsinstrument 40 aufgehängt, das vom Schiff an der Oberfläche über eine hydraulische Nabelleitung 41 gesteuert und mit Energie versorgt wird. Der Eintritt des Moduls 1 in den Anschlußbehälter 10 kann durch das ROV überwacht werden. Da der Modul 1 und das Instrument 40 nicht frei schwimmen, sondern durch die Seilbahn 31 geführt sind, wird der Eintritt in den Behälter problemlos bewirkt. Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, kann die konische Nase des Moduls 1 mit dem sich nach außen konisch erweiternden oberen Ende des Behälterinneren zusammenarbeiten, so daß ein gewisses Maß an Winkelfehlausrichtung zwischen der Seilbahn 31 und der Achse des Behälters 10 aufgefangen wird.
Fig. 7 zeigt den Modul 1 im im Behälter 10 installierten Zustand. Der Behälter 10 ist außen an seinem oberen Ende mit einer profilierten Nut 44 zur Verriegelungsineingriffnahme mit Verriegelungselementen 43 des Handhabungsinstruments 40 versehen. Diese Verriegelungsanordnung erlaubt es, einen hydraulischen Druck, der über die Nabelleitung 41 kommt, so anzulegen, daß die Elemente 11 sich nach außen bewegen und dadurch den Kopf 4 mit dem oberen Teil des Behälters verriegeln und den Körper 2 axial so beaufschlagen, daß die Dichtungselemente 14 eingerichtet werden. Die Unversehrtheit der Dichtungen, die in dieser Weise gebildet werden, wird dann geprüft, und zwar wiederum über den Fluiddruck, der über die Nabelleitung 41 kommt.
Nachdem die Überprüfung abgeschlossen ist, ist der Modul 1 angemessen installiert und schneidet das ROV die Seilbahn 32 durch, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, wobei die obere Strecke dieser Bahn zum Schiff an der Oberfläche zurückgezogen wird. Das hydraulische Handhabungsinstrument 40 wird vom Behälter 10 durch das ROV 30 gelöst und gleichfalls zur Oberfläche durch die Nabelleitung 41 mit der daran angeschlossenen Seilbahn 31 hochgeholt.
Wenn der Modul von der Unterwasserstation zurückgeholt werden soll, dann wird ein Handhabungsinstrument 50 mittels eines Laufdrahtseiles 51 abgesenkt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist und durch das ROV mit dem oberen Ende des Moduls verbunden, der dann zum Schiff an der Oberfläche hochgezogen werden kann.
Bei einem abgewandelten Installationssystem, das in den Fig. 10 bis 13 dargestellt ist, ist das Laufdrahtseil mit einem abtrennbaren Verbindungsglied 55 versehen, das mit dem ROV verbunden und von dem ROV gelöst werden kann, so daß ein Ende an der Unterwasserstation zurückgehalten werden kann. Das kann dann beim Zurückholen des Moduls verwandt werden.
Der Behälter 10 ist mit einem Halteträger 56 versehen, der seitlich von einer Stelle nahe an seinem oberen Ende ausgeht und an dem ein Teil des Verbindungsgliedes 55 lösbar befestigt werden kann. Der Einbau des Moduls erfolgt dann in der Weise, wie es anhand der Fig. 4 bis 8 beschrieben wurde, was sich aus einem Vergleich der Fig. 10 mit Fig. 6 ergibt. Der Modul wird unten verriegelt, die Dichtungen werden eingerichtet und geprüft, wie es vorher der Fall war. Statt das Drahtseil durchzuschneiden, trennt dann das ROV das Verbindungsglied 55 und befestigt das ROV den Verbindungsteil an dem Ende des Drahtseils, das von den Seilscheiben 22 zum Halteträger 56 nach oben verläuft, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Das obere Ende der zurückführenden Bahn wird dann zum Schiff an der Oberfläche gezogen, was auch mit dem Handhabungsinstrument 40 nach seinem Lösen vom Behälter 10 erfolgt.
Wenn der installierte Modul zurückgeholt werden soll, dann wird das Rückholhandhabungsinstrument 50 vom Schiff an der Oberfläche über das Drahtseil 51 abgesenkt und mechanisch mit dem oberen Ende des Moduls 1 durch das ROV verbunden. Die Rückbahn 32 des Drahtseils wird gleichfalls mit dem abgetrennten Verbindungsteil am freien Ende abgesenkt und das ROV verbindet dieses mit dem anderen Teil am Halteträger, wie es sich aus Fig. 12 ergibt. Die rückführende Bahn des Drahtseils, die in dieser Weise angeschlossen ist, wird vom Träger gelöst und das Rückholen des Moduls 1erfolgt über das Laufdrahtseil, wie es in Fig. 13 dargestellt ist.
Der Modul 100, der in den Fig. 14A und 14B dargestellt ist, gleicht dem Modul 1 der Fig. 1A und 1B, so daß nur die Unterschiede beschrieben werden. Der Modul enthält an seinem unteren Bereich einen Elektromotor, der Pumpenelemente antreibt, die sich im oberen Bereich befinden, um ein Fluid, das in das Gehäuse durch eine Einlaßöffnung 101 gelangt, aus dem Gehäuse durch eine Auslaßöffnung 102 herauszupumpen. Der Modul 100 ist in einem Anschlußbehälter 110 einer Unterwasserstation aufgenommen dargestellt, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen zu den damit zusammenarbeitenden Öffnungen 111 und 112, die durch die Behälterwand hindurchgehen, ausgerichtet sind, gegenüber denen der Modul durch Dichtungselemente abgedichtet ist, die in ähnlicher Weise wie die Dichtungselemente 14 in Fig. 1A und 1B angeordnet und eingerichtet sind. Der Elektromotor wird mit Energie über passende Kontakte an den unteren Enden des Gehäuses und des Behälters 110 versorgt, wie es im einzelnen im folgenden anhand der Fig. 15 und 16 beschrieben wird.
Der Einbau des Moduls 100 in den Behälter 110 und sein Zurückholen davon wird im folgenden anhand der Fig. 15 bis 21 beschrieben.
Der Modul 100 wird zu einem Behälter an einer Unterwasserstation mittels eines Handhabungsinstruments 120 abgegeben und von diesem zurückgeholt, das im wesentlichen den Modul umschließt, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Das Handhabungsinstrument 120 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse, das an seinem oberen Ende, an dem es mit einem Kabel 121 verbunden ist, mit dem es zum Einbau von einem Schiff an der Oberfläche abgesenkt wird, geschlossen ist. Eine hydraulische Nabelleitung 122 geht von dem Schiff an der Oberfläche zum Instrument 120.
Am Anfang ist am oberen Ende des Instrumentengehäuses ein hydraulischer Zylinder 124 angebracht, dessen Kolben 125 vom unteren Ende axial zum Gehäuse zu einem Modulhandhabungsverbindungsteil 126 vorsteht, über das das obere Ende des Moduls 100 lösbar im Instrument befestigt ist. Das Instrumentengehäuse verläuft über das untere Ende des Moduls 100 hinaus nach unten und kann außen mit Stoßaufnehmern 127 versehen sein, um Stoßkräfte zu absorbieren, die bei der Ankunft des Instruments an der Unterwasserstation auftreten können. Das untere Ende des Moduls 100 ist konzentrisch im Handhabungsinstrument 120 über Zentrierungsrollen 129 gehalten.
Der Behälter 110 ist aufrecht an der Unterwasserpumpstation neben einem Baum durch einen Halterahmen gehalten, der den Baum mit einem Aufbau umgibt, der im wesentlichen ähnlich dem ist, der in den Fig. 4 bis 9 dargestellt ist. Wie es in Fig. 18 dargestellt ist, befindet sich jedoch neben dem Behälter 110 ein aufrecht stehender Führungspfosten 142 mit einem konischen oberen Ende, von dem ein Führungsdrahtseil 144 zu einem Schiff an der Oberfläche geht. Das Handhabungsinstrument 120 trägt neben seinem unteren Endabschnitt eine seitlich beabstandete Führungshülse 145, deren unteres Ende nach außen konisch erweitert oder trichterförmig ausgebildet ist und deren Achse parallel zur gemeinsamen Achse des Moduls und des Handhabungsinstruments verläuft. An seinem oberen Ende ist der Führungspfosten 142 mit einem Ausrichtungsschlüssel 146 versehen, der mit einer schraubenförmigen Innennut zusammenarbeitet, die in der Führungshülse vorgesehen ist, um eine fehlerfreie Winkelorientierung des Werkzeuges 120 bezüglich des Behälters 110 um die Achse des Führungspfostens zu bewirken.
Zur Installation wird das Führungsdrahtseil 144 durch die Führungshülse 145 am Schiff an der Oberfläche hindurchgefädelt und wird die Anordnung aus Handhabungsinstrument und Pumpen/Antriebsmodul am Kabel 121 mit Unterstützung von einem ROV abgesenkt, bis das obere Ende des Behälters 110 im unteren Ende des Handhabungsinstruments in der in Fig. 19 dargestellten Position aufgenommen werden kann. Der Anschlußbehälter 110 an der Unterwasserstation ist mit einer Verriegelungsnut 150 außen um sein oberes Ende versehen und das Instrumentengehäuse ist innen mit Verriegelungsnasen 151 versehen, die in der Verriegelungsnut des Behälters in dieser Position aufgenommen werden können.
Der Modul 100 wird in dieser Weise axial zum Behälter 110 ausgerichtet und die Spannung am Laufkabel 121 kann gelöst werden und das Modulhandhabungsanschlußteil 126 kann durch Ausdehnen des Kolbens 125 vom Zylinder 124 nach unten bewegt werden, um den Modul in den Behälter zu transportieren, wie es in Fig. 19 dargestellt ist.
Fig. 15 zeigt das untere Ende des Moduls 100, das sich dem des Behälters 110 nähert. Das untere Ende des Moduls ist mit einem axial vorstehenden Endelement 160 mit einer konischen Schulter 161 zwischen dessen Enden versehen, über der eine Hülse 162 verläuft, die durch eine entspannte Druckfeder 164 um das Endelement herum an ihrer Stelle gehalten ist. Das obere Ende des Behälters 110 ist mit einer Öffnung 165 versehen, die so geformt ist, daß sie das Endelement und die dieses umgebende Hülse aufnimmt und eine Zwischenstufe 166 zur Zusammenarbeit mit der Schulter 161 hat. Unter der Stufe 166 enthält die Öffnung eine Hülse 167, die durch eine entspannte Druckfeder 169 gehalten ist, und in der der untere Teil des Endelementes 160 aufgenommen werden kann.
Wenn das Endelement 160 in die Öffnung 165 eintritt, erfaßt die Schulter 161 die Hülse 167 und bewegt die Schulter 161 diese nach unten, wodurch die Feder 169 zusammengedrückt wird, da die Stufe 166 die Hülse 162 erfaßt, um diese ortsfest zu halten, wobei die Feder 164 zusammengedrückt wird, bis die in den Fig. 14B, 16 und 20 dargestellte Endposition erreicht ist. Axial beabstandete elektrische Kontakte 170 in Form von Ringen sind außen durch das Endelement 160 in dem Oberflächenbereich gehalten, der anfangs durch die Hülse 162 bedeckt ist, und dazu passende Kontakte oder Kontaktringe 171 sind in der Öffnung 165 in dem Bereich vorgesehen, der am Anfang von der Hülse 167 überdeckt war. In der Endposition sind die beiden Kontaktgruppen 170 und 171 von den Hülsen freigelegt und in Eingriff miteinander.
Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontakten 170 und 171 sicherzustellen, werden die Kontaktflächen während des Einbaus durch ein Fluid, im typischen Fall ein Schutzöl gespült, das von einem Spülfluidsystem kommt. Das dargestellte System enthält einen Sammler 175, der an der Oberfläche vor dem Aufbau beladen wird und über den Ölüberdruck im Motorgehäuse des Moduls 100 arbeitet. Wenn die Schutzhülsen 162 die Kontakte 170 freizulegen beginnen, hat das Öl im Motorgehäuse einen Druck, der über dem außen herrschenden Druck liegt, so daß das Öl über die Kontakte durch die Leitungswege 176 überläuft, um ein Spülen zu bewirken, bis eine Abdichtung hergestellt ist. Die elektrische Energieversorgung erfolgt von der Unterwasserstation zu den Kontakten 171 in der Rohrleitung 177, die auch das Schutzöl in das Motorgehäuse des Moduls 100 nach dem Einbau über eine Leitung 179 befördert, die durch die Wand des Behälters 110 hindurchgeht. Das Auslaßende der Leitung 179 ist durch die Hülse 167 vor dem Einbau des Moduls 100 geschlossen, steht jedoch anschließend mit dem Motorgehäuse über einen der Leitungswege 176 in Verbindung.
Im Motorgehäuse zirkuliert ein Laufrad 180, das direkt von der Motorwelle angetrieben wird, das Öl zum Schmieren, Schützen und Kühlen. Das Schutzöl kann auch zu den elektrischen Kontakten geleitet werden, um für ein fortlaufendes Spülen zu sorgen, wenn das erwünscht ist. Ein statischer Druck wird über die Leitung 179 angelegt und Öl wird zugeführt, um Leckverluste beispielsweise über die Pumpenwellendichtung auszugleichen.
Wenn der Modul 100 vollständig in den Behälter eingesetzt ist und die elektrischen Verbindungen in der oben beschriebenen Weise hergestellt sind, dann können die Moduldichtungen eingerichtet und geprüft werden. Das Modulhandhabungsverbindungsteil 126 wird dann vom oberen Ende des Moduls 100 abgetrennt und mit dem Instrument 120 durch den Zylinder 124 nach oben abgezogen. Das Handhabungsinstrument wird dann zur Oberfläche zurückgeholt, wie es in Fig. 21 dargestellt ist.
Ein alternatives Installationssystem zum Anordnen des Pumpen/Antriebsmoduls 100 im Behälter 110 mittels einer abgewandelten Form eines Handhabungsinstruments 120 ist in den Fig. 22 und 23 dargestellt.
Die Unterwasserstation ist im wesentlichen wiederum so ausgebildet wie die, die in den Fig. 4 bis 9 dargestellt ist, der Rahmen trägt jedoch über dem offenen oberen Ende des Behälters 110 einen Führungstrichter 200, über den das untere Ende des abgewandelten Handhabungsinstruments 220 mit Unterstützung von einem ROV geführt wird, bevor es in Eingriff mit dem oberen Ende des Behälters gebracht wird.
Das Handhabungsinstrument 220 unterscheidet sich von dem Instrument 120, das im vorhergehenden beschrieben wurde dadurch, daß die Führungshülse 145 fehlt und daß Stoßaufnehmereinrichtungen vorgesehen sind. Die Stoßaufnehmereinrichtungen umfassen einen Anschlagring 221, der gleitend verschiebbar an der Außenseite des Instruments angebracht und so geformt ist, daß er mit dem Inneren des Trichters 200 in Eingriff kommt. Auf der rechten Seite von Fig. 23 ist der Ring 221 in der Position des Anfangskontaktes mit dem Trichter dargestellt, in der er in seiner normalen relativen Position zum Instrument 120 durch Stäbe 222 gehalten ist, die von Stoßaufnehmerzylindern 124 ausgehen. Das untere Ende des Instruments 220 befindet sich in diesem Zustand direkt über dem oberen Ende des Behälters 110.
Der Ring 121 wurde am Instrument 220 in eine Eingriffsendposition mit den Zylindern 124 nach oben bewegt und die Verriegelungsnasen 151 wurden in der Nut 150 am Behälter verriegelt. Die Abgabe des Moduls 100 vom Instrument 220 in den Behälter erfolgt in der oben beschriebenen Weise, was auch für die weiteren Schritte und das eventuelle Abtrennen und Zurückholen des Instruments gilt.
Die Installations- und Rückholtechniken der Erfindung, soweit sie beschrieben wurden, sind auf andere Module als Pumpen/Antriebsmodule beispielsweise auf den Ventilmodul 250 anwendbar, der in Fig. 24 nach dem Einbau in einen Behälter 251 an der Unterwasserstation dargestellt ist. Der Ventilmodul 250 kann im Behälter 151 installiert und davon durch eines der technischen Verfahren zurückgeholt werden, das im obigen anhand der Fig. 4 bis 13 und 17 bis 23 beschrieben wurde.
Der Ventilmodul 250 umfaßt einen Aufhänge- oder Verriegelungskopf 252, der in ähnlicher Weise wie der Kopf des Pumpen/Antriebsmoduls 1 funktionieren kann, und von dem aus ein kreiszylindrischer Körper 254 nach unten verläuft. Der Körper 254 ist innen mit vier axial beanstandeten Ventilkammern 255 bis 258 versehen, die jeweils über eine radial verlaufende obere und eine untere Leitung 260 und 261 mit den jeweiligen Öffnungen an der Außenseite des Körpers und über eine Zwischenleitung 262, die radial in die entgegengesetzte Richtung verläuft, mit einer dritten Öffnung an der Außenseite des Körpers verbunden sind. Eine zentrale Bohrung im Körper 254 verläuft durch die Ventilkammern und nimmt ein spulenartiges Element 265 auf, das in seiner Position in Längsrichtung einstellbar ist, um die gewünschten Ventilverbindungen herzustellen.
In der obersten Ventilkammer und der sich an die unterste Ventilkammer anschließenden Ventilkammer 255 und 257 weist das spulenartige Element 265 einen Teil mit beschränktem Durchmesser auf, auf dem zwei ringförmige Ventilelemente 266 aufgenommen sind, die durch eine dazwischen angeordnete Schraubenkompressionsfeder 267 auseinandergedrückt werden. Die Ventilelemente 266 steuern die Verbindung zwischen den Zwischenleitungen 262 und den oberen und unteren Leitungen 260 und 261. In jeder der anderen Ventilkammern 256 und 258 wirken Schraubenkompressionsfedern 269 auf ein oberes und ein unteres ringförmiges Ventilelement 270, um diese jeweils nach oben und nach unten gegen Schultern zu drücken, die am spulenartigen Element 262 ausgebildet sind. Die Ventilelemente 270 steuern wiederum die Verbindung zwischen der Zwischenleitung und der oberen und der unteren Leitung der Ventilkammer 256 und 258.
In der dargestellten Position befindet sich das spulenartige Element 262 in seiner neutralen Stellung, in der ein Fluidfluß durch den Ventilkörper verhindert ist. An seinem unteren Ende trägt das Element 262 ein Kolbenelement 275, das in einer zylindrischen Kammer 276 am unteren Ende des Ventilelementes bewegbar ist. Der Zugang eines Druckfluides zur Kammer 276 über oder unter den Kolben 275 durch zueinander ausgerichtete Leitungen im Behälter 251 und dem Körper 254 bewirkt eine Bewegung des Elementes 262 nach oben oder nach unten jeweils. In der oberen Position des spulenartigen Elementes ist eine Verbindung zwischen der Zwischenleitung und der unteren Leitung der Ventilkammern 255 und 257 und zwischen der Zwischenleitung und der oberen Leitung der Ventilkammern 256 und 258 hergestellt. In der unteren Position erlaubt das spulenartige Element 262 eine Verbindung zwischen der Zwischenleitung und den oberen Leitungen der Ventilkammern 255 und 257 und zwischen der Zwischenleitung und der unteren Leitung der Kammern 256 und 258.
Der Behälter 251 ist mit inneren Ringnuten 280 versehen, die zu den Öffnungen an der Außenfläche des Körpers 254 ausgerichtet sind, und Leitungen 281 verlaufen durch die Behälterwand von den Nuten nach außen zu der Ausrüstung der Unterwasserstation. Die Ventilkammer 255 kann somit die Förderung des Rohöls vom Baum der Unterwasserstation zu einer von zwei Pumpen an der Station steuern und die Kammer 256 steuert die Verbindung der Pumpenauslässe zur Produktionsrohrleitung. Die Steuerung des Druckfluides, das den jeweiligen Pumpenturbinen zugeführt und von diesen abgeführt wird, kann über die Ventilkammer 257 oder 258 erfolgen.
Um die Unversehrtheit der Fluidverbindungen zwischen dem Körper 254 und dem Behälter 251 sicherzustellen, trägt ersterer Dichtungseinrichtungen (nicht dargestellt), die denen äquivalent sein können, die unter Bezug auf die Fig. 1A und 1B beschrieben wurden.
Die Erfindung kann in anderer Weise ausgebildet werden, als es speziell beschrieben und dargestellt wurde.

Claims

1. Vorrichtung zur zurückholbaren Installation eines Betriebsmoduls (1; 100; 250) an einer Unterwasserstation, welche Vorrichtung einen Behälter (10; 110; 251) an der Unterwasserstation zum Einbau des Betriebsmoduls, eine erste elektrische Leitereinrichtung (170) an der Modulwand, eine zweite elektrische Leitereinrichtung (171) im Inneren des Behälters zur Zusammenarbeit mit der ersten Leitereinrichtung, um zwischen dem Modul (1; 100; 250) und dem Behälter (10, 110, 251) beim Einbau des Moduls in den Behälter eine elektrische Verbindung herzustellen, und versetzbare Schutzeinrichtungen (162, 167) umfaßt, die die erste und die zweite Leitereinrichtung vor dem Einbau schützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede Schutzeinrichtung eine Hülse (162, 167) zum Schützen der Leitereinrichtung umfaßt, welche Hülse versetzbar ist, so daß die Leitereinrichtung als Folge des Einbaus freigelegt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Hülse (162, 167) durch eine Feder (164, 169) so vorgespannt ist, daß sie die zugehörige elektrische Leitereinrichtung vor dem Einbau überdeckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Behälter an seinem Unterteil eine Aussparung (165) mit einer nach oben gewandten Stufe (166) aufweist, wobei sich die zweite Leitereinrichtung (171) unter der Stufe befindet, welche Aussparung eine Schutzhülse enthält, die die zweite Leitereinrichtung schützt, und bei der der Modul einen unteren Endabschnitt (160) mit einer nach unten gewandten zweiten Stufe (161), wobei sich die erste Leitereinrichtung über der zweiten Stufe befindet, und eine Schutzhülse (162) aufweist, die die erste Leitereinrichtung schützt, und der untere Endabschnitt in der Aussparung mit einer damit verbundenen Versetzung der Hülsen derart aufnehmbar ist, daß die erste und die zweite Leitereinrichtung zur elektrischen Ineingriffnahme miteinander freigelegt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, mit Einrichtungen (175, 176, 179) zum Spülen wenigstens einer der Leitereinrichtungen mit einem Spülfluid während des Einbaus und/oder während des Betriebes.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der ein Spülfluid (175) unter Druck durch die Schutzeinrichtungen so aufbewahrt ist, daß es bei einer Versetzung der Schutzeinrichtungen freigegeben wird, um die Leitereinrichtungen zu spülen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5 mit Leitungen (176, 179), die im Inneren des Behälters und an der Modulwand münden, um die elektrischen Leitereinrichtungen mit Spülfluid während des Einbaus zu versorgen, wobei die Leitungen beim Einbau miteinander verbunden werden, um eine Fluidverbindung zwischen dem Modul und dem Behälter herzustellen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Fluidverbindungseinrichtungen (5 - 8) am Modul und im Behälter, um eine Fluidverbindung zwischen dem Modul und dem Behälter herzustellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Fluidverbindungseinrichtungen eine erste Anzahl von Fluidöffnungen (5 - 8) axial im Abstand längs des Moduls, eine zweite Anzahl von Fluidöffnungen axial im Abstand längs des Behälters jeweils an einer derartigen Stelle, daß sie im eingebauten Zustand des Moduls mit einer jeweiligen Öffnung der ersten Anzahl von Fluidöffnungen in Verbindung stehen, und eine Anzahl von Dichtungseinrichtungen (14) umfassen, die in der eingebauten Position zwischen dem Modul und dem Behälter an den axial beabstandeten Stellen so wirksam sind, daß sie die Verbindung zwischen jeder Öffnung der zweiten Anzahl von Fluidöffnungen und der jeweils einen Öffnung der ersten Anzahl von Fluidöffnungen abdichten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Dichtungseinrichtungen Dichtungsringe (14) in Nuten (15) zwischen Halteringen (16) umfassen, die außen am Modul gehalten sind, wobei jeder Haltering durch den Behälter erfaßbar ist, um ihn relativ zum Modul so zu bewegen, daß die Dichtungsringe in einen dichtenden Zustand beim Einbau gebracht werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, mit einer Schutzölquelle in der Unterwasserstation und einem Elektromotor in einem Gehäuse im Betriebsmodul, wobei die Fluidverbindung die Ölquelle mit dem Gehäuse des Elektromotors verbindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der der Modul ein Gehäuse, das Pumpenelemente zum Pumpen des Fluides durch das Gehäuse enthält, und einen elektrischen Antriebsmotor umfaßt, der in Arbeitsverbindung mit den Pumpenelementen steht, wobei die Fluidverbindungseinrichtungen so angeordnet sind, daß sie Ansaug- und Abführungsverbindungen für das gepumpte Fluid bilden und die elektrischen Leitereinrichtungen Energieversorgungsanschlüsse für den Antriebsmotor bilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der der Modul (250) ein Ventil mit mehreren Öffnungen umfaßt und die Fluidverbindungseinrichtungen so angeordnet sind, daß sie eine Verbindung zwischen den durch das Ventil zu steuernden Fluidkanälen der Unterwasserstation herstellen.

14. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, mit Einrichtungen zum Bilden einer Laufschleife, die von einem Schiff an der Oberfläche nach unten durch den Behälter (10; 110) und nach oben zum Schiff an der Oberfläche außerhalb des Behälters verläuft, wobei der Modul (1; 100) durch die Drahtseilschleife vom Schiff an der Oberfläche in den Behälter bewegt und geführt werden kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Laufschleife ein Verbindungsglied (55) unter dem Modul (1; 100), das in wiederverbindbare Teile aufgetrennt werden kann, und Einrichtungen (56) an der Unterwasserstation zum lösbaren Halten des Verbindungsteils, das dem Modul näher ist, nach dem Einbau aufweist, um eine Wiederverbindung zu bewirken, wenn die Laufschleife zum Zurückholen der Vorrichtung wiedergebildet wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Unterwasserstation Führungseinrichtungen (22) für die Laufschleife zum Ausrichten der Schleife längs der mittleren Achse des Behälters aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Handhabungsinstrument (120), an dem der Modul (100) aufgehängt ist, zusammenarbeitende und lösbare Verbindungseinrichtungen (151) am Handhabungsinstrument und am Behälter und Arbeitseinrichtungen (124, 125), die zwischen dem Handhabungsinstrument und dem Modul arbeiten können, um eine Bewegung des Moduls in den Behälter nach dem Anschluß der Verbindungseinrichtungen zu bewirken.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Handhabungsinstrument (120) den Modul im wesentlichen umschließt und die Arbeitseinrichtungen hydraulisch betreibbare Einrichtungen (124, 125) umfassen, die am oberen Ende des Handhabungsinstruments angeordnet sind.