DE69705835T2

DE69705835T2 - Verschiebbare rohrverbindung

Info

Publication number: DE69705835T2
Application number: DE69705835T
Authority: DE
Inventors: Per Vatne
Original assignee: Maritime Hydraulics AS
Current assignee: Mhwirth AS
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-05
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: NO961945D0; ATE203581T1; AU2794297A; NO302493B1; JP2000510208A; WO1997043516A1; US6148922A; DE69705835D1; EP0898637B1; NO961945L; EP0898637A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verschiebbare Rohrverbindung für eine Steigleitung zwischen einem Bohrloch und einer schwimmenden Erdölfördereinrichung, z. B. einer Ölplattform, mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr, welche teleskopartig zueinander bewegbar sind, um Entfernungsänderungen zwischen dem Meeresboden und der Plattform auszugleichen
Eine bekannte verschiebbare Rohrverbindung dieses Typs ist in Fig. 1 dargestellt. Zur Aufrechterhaltung dar Spannung in der Steigleitung ist eine Mehrzahl von Drähten an dem oberen Ende das äußeren Rohres befestigt, welche wiederum mit einer Mehrzahl von Spannern verbunden sind, die eine konstante Zugspannung an die Steigleitung anlegen. Die Drähte, Spanner, zugehörigen Sammelrollen und die weitere mit dem Spannungsapparat für die Steigleitung verbundene Ausrüstung nehmen einen erheblichen Raum ein und haben außerdem ein hohes Gewicht. Darüber hinaus sind die Drähte einer erheblichen Belastung ausgesetzt und müssen relativ häufig inspiziert und ausgewechselt werden.
Ebenfalls bekannt ist eine Rohrverbindung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, siehe z. B. WO 90/05236.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verschiebbaren Rohrverbindung mit verbesserter Funktionseffizienz und höherer Betriebssicherheit.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 erreicht.
Bei der beanspruchten Vorrichtung ist das innere Rohr mit einem Kolben verbunden, der durch Hydraulikflüssigkeit betätigbar ist, um die Steigleitung mit Zugkraft zu beaufschlagen. Diese Apparatur ermöglicht eine Einsparung an Ausrüstungsgewicht in einer Größenordnung von 100 Tonnen im Vergleich zu einem System, bei dem die Steigleitung durch Drähte gestützt ist, was auch bei einer großen Ölplattform ein erhebliches Gewicht darstellt. Darüber hinaus stellt die Ausrüstung wesentlich geringere Anforderungen in Bezug auf den Raumverbrauch und stellt eine verbesserte Funktionseffizienz zur Verfügung, insofern als die Steigleitung in der Lage ist, in der vertikalen Ebene frei zu schwingen, ohne daß dies durch gespannte Drähte behindert wird. Die an die Steigleitung angelegte Zugkraft ist vollständig axial, wodurch das Angreifen schädlicher Seitenkräfte an die Steigleitung verhindert wird. Auch die Wartung ist erheblich vereinfacht, da die einzigen häufig auszuwechselnden Komponenten die Hydraulikschläuche sind. Ein Doppelsatz hydraulischer Schläuche ist vorgesehen, die das Auswechseln der Schläuche einen nach dem anderen erlauben, ohne daß dabei das System abgeschaltet werden muß.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine verschiebbare Rohrverbindung gemäß dem bekannten Verfahren,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße verschiebbare Rohrverbindung,
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der verschiebbaren Rohrverbindung,
Fig. 4 eine noch detailliertere Darstellung der Steigleitung mit der verschiebbaren Rohrverbindung,
Fig. 5a-5f Ausschnitte verschiedener Teile der verschiebbaren Rohrverbindung und der Steigleitung, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems,
Fig. 1 zeigt eine verschiebbare Rohrverbindung gemäß dem Stand der Technik. Die verschiebbare Rohrverbindung 1 besteht aus einem inneren Rohr 2 und einem äußeren Rohr 3. Das äußere Rohr 3 ist mit dem Rest der Steigleitung 4 verbunden, der sich in das Bohrloch (nicht dargestellt) hinab erstreckt. Das äußere Rohr 3 ist an seinem oberen Ende mit einem Ring 5 versehen, an dem eine Mehrzahl von Drähten 6 angeschlossen ist, welche wiederum mit den Spannern 7 verbunden sind. Ebenfalls vorgesehen sind Sammelrollen 8 für die Drähte. Das innere Rohr ist über eine elastische Kupplung 9 mit der Förderausrüstung auf der Plattform (nicht dargestellt) verbunden. Fig. 1 zeigt ferner zwei Schläuche, die über Leitungen im Steigrohr mit dem Ausbruchsverhüter verbunden sind, wobei einer dieser Schläuche zur Drosselung des Rücklaufs vom Bohrloch und der andere Schlauch zum Pumpen von Totpumpschlamm hinunter in das Bohrloch ausgelegt ist.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße verschiebbare Rohrverbindung 10. Die verschiebbare Rohrverbindung besteht hier ebenfalls aus einem inneren Rohr 11 und einem äußeren Rohr 12. Das innere Rohre 11 ist hier ebenfalls über eine elastische Kupplung 13 mit der Förderausrüsung der Plattform verbunden. Jedoch ist die verschiebbare Rohrverbindung hier an hydraulische akkumulatoren 14 angebracht, die über die Hydraulikschläuche 15 die verschiebbare Rohrverbindung 10 mit Hydraulikdruck beaufschlagen, wodurch Spannung an die Steigleitung 16 angelegt wird.
Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung der Steigleitung. Hier ist ebenfalls das innere Rohr 11, das äußere Rohr 12 und die elastische Kupplung 13 zu erkennen. Die Hydraulikschläuche 15 sind an einem Verteilerring 17 angebracht, der mit dem oberen Ende des äußeren Rohres 12 verbunden ist. In Fig. 4 sind die Steigleitung und die verschiebbare Rohrverbindung 10 in einer um 10º seitlich nach außen geschwungenen Stellung dargestellt. Dieses nach außen gerichtete Schwingen is möglich, ohne daß dabei eine Behinderung durch Drähte oder andere Ausrüstung auftritt. Die verschiebbare Rohrverbindung ist daher in der Lage, nach außen zu schwingen, bis sie sich in ziemlich großer Nähe zum Rand der Ölaufnahmeöffnung 18 befindet.
In Fig. 5 ist die verschiebbare Rohrverbindung noch detaillierter dargestellt. Das äußere Rohr 12 besteht aus zwei. Teilen, einem oberen Teil 19 und einem unteren Teil 20, die mittels einer Flanschkupplung 21 miteinander verbunden sind. Das äußere, untere Rohr 20 weist ein Innenbohrung auf, die sich an ihrem unteren Ende 22 verjüngt.
Im folgenden werden Fig. 5a-5f beschrieben. Fig. 5a ist ein Querschnitt des oberen Endes 23 des äußeren Rohres und zeigt einen Abschnitt das inneren Rohres 11 und des äußeren Rohres 12. Am oberen Ende 23 des äußeren Rohres 12 ist ein Dichtungsstück 24 installiert, das eine Dichtung zwischen der Innenfläche des äußeren Rohres 12 und der Außenfläche des inneren Rohres 11 bildet. Unterhalb des Dichtungsstücks 24 steht der Verteilerring 17 in hydraulischer Verbindung mit dem Ringraum 25 zwischen dem inneren Rohr 11 und dem äußeren Rohr 12, und zwar über das automatische Absperrventil 26.
Fig. 5b zeigt einen Abschnitt der verschiebbaren Rohrverbindung an dem unteren Ende des inneren Rohres 11. Hier ist ein Kolben 27 erkennbar, der mit dem inneren Rohr 11 verbunden ist. Kolben 27 ist durch ein Dichtungsstück 28 gegen die Innenfläche des äußeren Rohres abgedichtet. Der Ringraum 25 ist somit abgedichtet, mit Ausnahme der hydraulischen Verbindung mit den Schläuchen 15. In Fig. 5b ist ebenfalls das obere Ende der Schutzmuffe 29 dargestellt, die mit einer Kombination aus Dichtungsstück und Kolben 30 versehen ist, welche eine Dichtung gegen die Innenfläche des äußeren Rohres 12 bildet. In Fig. 5e ist dieses Dichtungsstück detaillierter dargestellt. Das Dichtungsstück 30 dichtet nicht vollständig gegen die Innenfläche des äußeren Rohres 12 ab, sondern erlaubt ein geringes Lecken aus Ringbereich 31, der zwischen der Schutzmuffe 29 und dem äußeren Rohr 12 ausgebildet ist, sowie zusätzlich ein schwaches Lecken zwischen der Schutzmuffe 29 und dem Kolben 27 zur Bohrung 32, für den Transport von Schlamm und Erdölprodukten. Der Grund für dieses schwache Lecken wird später erläutert. Fig. 5c zeigt einen Abschnitt des äußeren Rohres 12 an seiner Flanschverbindung 21 zwischen dem oberen Teil 19 und dem unteren Teil 20, sowie einen Abschnitt der Schutzmuffe 29 in geringem Abstand unterhalb des oberen Endes derselben. Das äußere Rohr 12 ist hier mit einem Dichtungsstück 33 versehen, das detaillierter in Fig. 5f gezeigt ist. Das Dichtungsstück 33 bildet eine Dichtung gegen die Schutzmuffe 29. Direkt über dem Dichtungsstück 33 ist ein Durchlaß 34 für die Zuführung des Druckmediums, z. B. Luft oder Wasser, vorgesehen, so daß der Ringraum 31 mit Druck beaufschlagt werden kann. Dies wird ebenfalls später erläutert werden. Fig. 5d zeigt einen Ausschnitt nahe dem unteren Ende des Äußeren Rohres 12 und einen Ausschnitt vom unteren Ende der Schutzmuffe. Hier ist zu erkennen, daß das äußere Rohr 12 bei 35 enger wird. Die Schutzmuffe 29 ist an ihrem unteren Ende mit einem Führungs- und Abstreifring 36 versehen, dessen Außendurchmesser größer ist als der kleinste Durchmesser des äußeren Rohres 12 bei 35.
Wird über die Schläuche 15 der Ringraum 25 zwischen dem inneren Rohr 11 und dem äußeren Rohr 12 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so gleiten das innere und das äußere Rohr teleskopartig zueinander. Die Steigleitung 16 wird hierdurch unter Spannung gesetzt. Die Spannung kann durch Erhöhen oder Herabsetzen des Hydrlaulikdrucks reguliert werden. Für das Arbeiten in größeren Meerestiefen, mit einer insgesamt relativ schweren Steigleitung, ist ein viel höherer Druck erforderlich als bei einer Steigleitung, die in geringeren Meerestiefen eingesetzt wird.
Um die Möglichkeit, daß Schlamm, Erdölprodukte oder Werkzeuge, wie Bohrköpfe oder dergleichen, die Innenfläche des äußeren Rohres 12 aufkratzen oder in sonstiger Weise beschädigen, auszuschließen, so daß der Kolben nicht mehr in der Lage ist, problemlos entlang der Innenfläche des äußeren Rohres 12 zu gleiten, ist die Schutzmuffe 29 vorgesehen, um die Innenfläche des äußeren Rohres 12 zu schützen. Mit Hilfe der Flüssigkeitszufuhr durch den Durchlaß 34 wird die Schutzmuffe 29 zu jeder Zeit in Kontakt zum Kolben 28 gehalten. Der durch den Durchlaß 34 an den Ringraum 31 angelegte Druck ist vorzugsweise konstant. Die Tatsache, daß ein schwaches Lecken entlang Dichtungsstück 30 zugelassen wird, stellt sicher, daß Schlamm oder Erdölprodukte nicht in den Ringraum 31 eindringen können. Die Schutzmuffe 29 ist so lang, daß sich ihr unteres Ende, versehen mit Abstreifring 36, niemals über die unterste Position des Kolbens 28 bewegt.
Fig. 6 zeigt das Hydrauliksystem. Hier ist ebenfalls die verschiebbare Rohrverbindung 10 dargestellt, mit innerem Rohr 11 und äußerem Rohr 12. Auch die Schutzmuffe 29 ist gezeigt. Eine Pumpe 37 fördert Luft in eine Mehrzahl von Lufttanks 38. Einer dieser Lufttanks dient als Stand-by- Drucktank 39 und stellt zu jeder Zeit einen Druck von 210 bar zur Verfügung für solche Fälle, in denen das innere Rohr 11 im Bezug auf das äußere Rohr 12 schnell bewegt werden muß. Die Tanks 38, 39 sind über ein Ventil 41 mit Akkumulatoren 40 verbunden. Ein Ventil 42 ist ebenfalls zwischen Tank 39 und den übrigen Tanks 38 installiert. Die Akkumulatoren 40 sind mit dem Ringraum 25 über die hydraulischen Schläuche 15, an jedem Ende ausgestattet mit einem automatischen Absperrventil 26, verbunden.
Des weiteren ist ein Drucktank 43 vorgesehen, der über einen Schlauch 44 den Ringraum 31 mit gemäßigtem Druck beaufschlagt, um den Kontakt der Schutzmuffe 29 zum inneren Rohr 11 aufrecht zu erhalten.
Während des normalen Betriebes kann der Druck in den Tanks 38 zwischen 20 und 210 bar variieren, entsprechend der bestimmten Geschwindigkeit mit der sich die verschiebbare Rohrverbindung 10 bewegen muß und der Größenordnung der auftretenden Kräfte. Falls erforderlich ist jedoch ein Druck von 210 bar in Tank 39 verfügbar.
Der in Fig. 6a dargestellte Ausschnitt zeigt eine etwas unterschiedliche Ausführungsform der Verbindung zwischen der Schutzmuffe 29 und dem inneren Rohr 11.
Die Schutzmuffe 29 könnte bleibend am inneren Rohr 12 befestigt sein, hierdurch würde jedoch die Handhabung der verschiebbaren Rohrverbindung sowohl während des Transports als auch in der Installation erschwert.
Da das äußere Rohr 12 in zwei Teile 12 und 20 geteilt ist, kann dieses an der Flanschkupplung 21 getrennt werden. Hierbei ist sicherzustellen, daß sich die Schutzmuffe 29 innerhalb des unteren Teils 20 befindet, gleichzeitig muß sich das innere Rohr 11 innerhalb des oberen Teils 19 befinden. Die Schutzmuffe kann auf diese Weise in zwei Teilen transportiert werden, und die Installation kann erfolgen, indem zunächst der untere Teil 20 mit der Steigungsleitung 16 zusammengeführt wird, wonach das Steigungsrohr hinabgelassen wird, bis sich die Flanschkupplung 21 auf einer passenden Höhe befindet. Nun kann der obere Teil 19 mit dem unteren Teil 20 verbunden werden.
Um das innere Rohr während der Handhabung so gut wie möglich zu schützen, wurde ein Senkverfahren geschaffen, bei dem die Montage des Ausbruchsverhüters zusammen mit der verschiebbaren Verbindung erfolgt. Dieses Verfahren besteht darin, daß der Ausbruchsverhüter in zurückgezogener Position gehalten wird und hydraulisch eingerückt wird. Durch dieses Verfahren wird es ebenfalls möglich, vor der Installation des Ausbruchsverhüters die Hydraulikschläuche sowie die Drosselungs- und Absperrschläuche auf einer günstigen Höhe anzuschließen. Alle Schläuche sind an dem Hauptverteilerring 17 zusammengeführt. Der Verteilerring 17 rastet ein, wenn die verschiebbare Verbindung durch die Drehbohrung geschoben wird. Ein spezielles Handhabungswerkzeug wird verwendet, um den Ausbruchsverhüter zu installieren und die verschiebbare Rohrverbindung aufzuhängen. Wenn der Ausbruchsverhüter auf dem Meeresboden eingerückt ist, wird die Zugkraft auf die verschiebbare Rohrverbindung aktiviert, und das innere Rohr 11 wird herausgezogen und der Aufhängungskopf auf dem Aufhängungssockel montiert und dort sicher arretiert.

Claims

1. Verschiebbare Rohrverbindung (10) für eine Steigleitung (16) zwischen einem Bohrloch und einer schwimmenden Erdölfördereinrichtung, z. B. einer Ölplattform, mit einem äußeren Rohr (12) und einem inneren Rohr (11), welche teleskopartig zueinander bewegbar sind, um Entfernungsänderungen zwischen dem Meeresboden und der Plattform auszugleichen, wobei das innere Rohr (11) an oder nahe seinem nach unten gerichteten Ende fest mit einem Kolben (27) verbunden ist, der auf hydraulische Druckbetätigung anspricht, um die Steigleitung (16) mit Zugkraft zu beaufschlagen, und wobei zwischen dem inneren Rohr (11) und dem äußeren Rohr (12) ein erster Ringraum (25) ausgebildet ist, dar sowohl gegen die Bohrlochflüssigkeit als auch gegen die tlmgebungsatmosphäre (z. B. Meerwasser) abgedichtet ist und oberhalb des Kolbens (27) hydraulischem Druck ausgesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Schutzmuffe (29) in dem äußeren Rohr (12) unterhalb des Kolbens (27) gleitend angeordnet ist, welche unter Druckbeaufschlagung mit dem unteren Ende des inneren Rohres (11) in Kontakt tritt, wodurch ein zwischen der Schutzmuffe (29) und dem äußeren Rohr (12) gebildeter weiterer Ringraum (31) einem vorzugsweise konstanten Druck ausgesetzt wird, um den Kolben (27) gegen die Bohrlochflüssigkeit abzudichten, und daß die Schutzmuffe (29) mit einem oberen Kolben (30a) versehen ist, wobei der ringförmige Bereich des oberen Kolbens (30a) in Richtung auf den zweiten Ringraum (31) größer ist als der ringförmige Bereich des oberen Kolbens (30a) in Richtung auf einen dritten Ringraum (30b) auf der gegenüberliegenden Seite des oberen Kolbens (30a), so daß jegliches Lecken von Flüssigkeit entlang des oberen Kolbens (30a) vom zweiten Ringraum (31) in Richtung des dritten Ringraums (30b) auf der gegenüberliegenden Seite des oberen Kolbens (30a) erfolgt, und daß das äußere Rohr (12) einen zweiteiligen Aufbau hat, so daß es in einen oberen (19) und einen unteren (20) Abschnitt aufgeteilt werden kann, wobei das innere Rohr (11) in dem oberen Abschnitt (19) und die Schutzmuffe in dem unteren Abschnitt (20) angeordnet ist.

2. verschiebbare Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmuffe (29) an ihrem oberen Ende ein oberes Dichtungsstück (30), welches gegen das äußere Rohr (12) abdichtet, und ein Dichtungsstück (30) aufweist, welches gegen den Kolben (27) oder das innere Rohr (11) abdichtet, und daß das äußere Rohr (12) an einer Stelle unterhalb des Dichtungsstücks (30) mit einem unteren Dichtungsstück (33) versehen ist, welches gegen die Schutzmuffe (29) abdichtet.

3. Verschiebbare Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Dichtungsstück (30) und das Dichtungsstück zwischen der Schutzmuffe (29) und dem inneren Rohr (11) so ausgestaltet sind, daß geringe Flüssigkeitsmengen aus dem Ringraum (31) zwischen der Schutzmuffe (29) und dem äußeren Rohr (12) durchtreten können.

4. Verschiebbare Rohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelsatz hydraulischer Leitungen (15) mit der oberen Seite des Kolbens (27) hydraulisch verbunden ist, und daß jedes Ende jeder der hydraulischen Leitungen (15) mit einem Absperrventil (26) verbunden ist, welches dazu dient, die hydraulische Verbindung zu unterbrechen, wenn in der Leitung (15) ein Leck auftreten sollte, so daß die verschiebbare Rohrverbindung (10) mit nur einer intakten Leitung (15) zufriedenstellend funktionieren kann.