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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung,
insbesondere zum Verbinden einer flexiblen Rohrleitung mit einer starren Rohrleitung,
die konstruiert ist zur Anwendung in einem Unterwassersystem für die
Erdölexploration.
Stand der Technik
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Verbindungsvorrichtungen wie oben beschrieben, die auch "Plem" genannt
werden, sind bereits bekannt. Fig. 1 zeigt schematisch ein System zur Förderung von
Erdöl vom Meeresgrund, mit einem Steigrohrkopf 1, der auf einer Ölquelle 3
angeordnet ist; einer flexiblen Rohrleitung 3, die den Steigrohrkopf mit der
Rohrverzweigung 4 verbindet, wobei die letztere mit Hilfe eines flexiblen Rohres 5 mit
einer Verbindungsvorrichtung 6 verbunden ist, die ihrerseits mit Hilfe eines
starren Rohres 8 mit einer anderen Verbindungsvorrichtung 7 verbunden ist. Die
Verbindungsvorrichtung 7 ist mit Hilfe einer flexiblen Rohrleitung 9 entweder mit
einem Schiff oder einer Produktionsplattform 10 verbunden, auf der Erdöl
gespeichert wird.
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Fig. 2 bzw. 3 zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die
Verbindungsvorrichtung 6 und 7 gemäß dem Stand der Technik. Diese Vorrichtungen bestehen
grundsätzlich aus einer Basis 11, einer Nabe 12, die horizontal angeordnet ist, und
einem Rohr 12', das mit der Nabe verbunden ist. An dem freien Ende der Nabe 12
ist eine flexible Rohrleitung (5 oder 9) angekoppelt, und die starre Rohrleitung 8
ist mit dem Rohr 12' verbunden; der Pfeil 13 zeigt die Richtung des Erdölflusses.
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Die europäische Anmeldung EP 0 026 353 zeigt eine andere Alternative einer
Verbindungsvorrichtung für die Verwendung zum Verbinden von Rohren für die
Unterwasserexploration von Erdöl. Dieses Dokument beschreibt eine
Anlandungsbasis 10, mit der Flußleitungen "S" und "B" verbunden sind. Die
Flußleitungen "S" sind mit Steigrohrköpfen 18 verbunden und bringen das Erdöl von
Quellen "W", während ein Bündel von Flußleitungen "B" das Erdöl in ein
Reservoir "R" bringt. Eine Flußleitungsnabenanordnung 16, die mit dem Ende des
Flußleitungsbündels "B" verbunden ist, wird durch ein Kabel 36 eines
Laufwerkzeugs 70 in eine Trichteranordnung 17 gezogen, die auf der Anlandungsbasis 10
befestigt ist. Die Flußleitungen "5" sind mit einer Mehrzahl von kurzen Sektionen
von Flußleitungen 117 verbunden, die durch flexible Abschnitte 117a mit
Verbindern 21a bis 21d verbunden sind. Schließlich verbindet ein Laufwerkzeug 122 die
Verbinder 21a bis 21d mit entsprechenden Verbindern 65a bis 65d der Nabe 16.
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Die Vorrichtung nach der europäischen Patentanmeldung ist extrem kompliziert,
und um die Verbindung der Flußleitungen herbeizuführen, erfordert sie das
Ziehen eines Flußleitungsbündels "B". Das Ziehen von Flußleitungen auf dem
Meeresgrund ist eine sehr teure und komplizierte Operation.
Nachteile des Standes der Technik gemäß den Fig. 1 bis 3:
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Ein erster Nachteil des Standes der Technik besteht in der folgenden Tatsache:
Wie weithin bekannt, ist eine starre Rohrleitung wesentlich billiger als eine
flexible Rohrleitung. Daher ist die Installation von starren Rohrleitungen, wann immer
möglich, vorzuziehen. Gemäß den Vorschriften ist die starre Rohrleitung 8, die in
Fig. 1 gezeigt ist, aufgebaut durch Verbinden verschiedener Rohrsegmente, die
miteinander verschweißt sind und die einen Durchmesser von beispielsweise 16
Zoll, 12 Zoll oder 10 Zoll haben. Jedes Segment ist 900 m lang und ist durch
Schweißen von 75 Rohrstücken hergestellt, von denen jedes 12 m mißt. Somit lädt
das Serviceschiff auf dem Meeresgrund die verschiedenen Segmente starrer
Rohrleitungen ab, die später durch Unterwasserschweißen miteinander verbunden
werden. Nach der Fertigstellung der starren Rohrleitung 8 auf dem Meeresboden
werden ihre Enden hochgehoben und an Bord des Serviceschiffes werden die
verschiedenen Verbindungsvorrichtungen 6 und 7 verbunden. Dann wird ein
Stahlseil in die Öse eingehängt, die für das Heben und Absenken der
Verbindungsvorrichtung bestimmt ist, und die Rohrleitung wird wiederum (ein Ende nach dem
anderen) auf den Meeresgrund abgesenkt.
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Die starre Rohrleitung zeigt jedoch oft eine Resttorsion während der Absenkung,
um wieder auf dem Meeresboden abgelegt zu werden. Diese Torsion verursacht
auch eine Torsion an der Verbindungsvorrichtung 6 oder 7, welche am. Ende des
Absenkens auf dem Meeresboden in unrichtiger Position liegt, was die Installation
der flexiblen Rohrleitungen 5 und 9 und der Steuerleitungsverbindungen (später
im Detail beschrieben und in der Figur nicht dargestellt) für die Steuerung der
Trasse erheblich schwierig macht. Häufig treten auch Fälle auf, in denen, infolge
einer sehr inkorrekten Endposition der Verbindungsvorrichtung, es nicht möglich
ist, die flexiblen. Rohrleitungen 5 und 9 zu installieren, so daß man jedes Ende der
Rohrleitung 8 mit der jeweiligen Verbindungsvorrichtung hochheben und wieder
in das Meer zurück absenken muß. Manchmal sind mehrere Hebevorgänge
erforderlich, bevor eine zufriedenstellende Position der Verbindungsvorrichtung
erreicht wird, was die Installation des Systems wesentlich teurer macht.
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Ein anderer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, daß, um die Enden
der flexiblen Rohrleitungen mit den jeweiligen Verbindungsvorrichtungen 6 und 7
zu verbinden, mehr als ein einziges hydraulisches Werkzeug an verschiedenen
Stufen erforderlich ist, und dementsprechend mehr als ein Manöver mit dem
Serviceschiff nötig wird, was die Operation des Installierens des Fördersystems
extrem teuer und kompliziert macht.
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Es gibt einen dritten Nachteil, der nunmehr im einzelnen beschrieben wird. Die
Rohrleitungen 5 und 9 werden von elektrischen Kabeln und kleinen hydraulischen
Steuerröhren oder "umbilicals" (nicht dargestellt) begleitet, die dazu dienen, vom
Schiff oder der Produktionsplattform die Operationen des Erdölfördersystems
fernzusteuern. Diese Baugruppe, die aus der Rohrleitung, elektrischen Kabeln und
hydraulischen Röhren gebildet wird, wird Trasse genannt. Während des
Verbindens der Leitungen 5 und 9 mit den entsprechenden Verbindungsvorrichtungen
oder Plems 6 und 7 tritt jedoch oft eine Beschädigung der elektrischen Stifte auf,
bevor sie in die jeweiligen Steckdosen eingepaßt sind. Das gleiche Problem tritt
auf mit den hydraulischen Steuerröhren, deren hervorstehende Enden sogar noch
eher beschädigt werden können als elektrische Stifte. Diese Probleme treten
hauptsächlich deswegen auf, weil die Nabe 12 horizontal angeordnet ist, was das
Einpassen der Elemente schwierig macht.
Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsvorrichtung oder
Plem bereitzustellen, die die oben beschriebenen Nachteile vermeidet und sowohl
die Installationskosten des Fördersystems als auch die Zeit des Manövers des
Serviceschiffes und der hydraulischen Werkzeuge reduziert.
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Dieses Ziel wird erreicht durch die Tatsache, daß die Verbindungsvorrichtung
umfaßt: eine Basis; eine Nabe, die an der Basis befestigt ist, eine Hebe-
/Absenkvorrichtung und ein Rohr mit einem ersten Ende, das mit der Nabe
verbunden ist und dessen zweites Ende frei ist, wobei die Hebe-/Absenkvorrichtung
über dem Schwerpunkt der Verbindungsvorrichtung angeordnet ist und das zweite
Ende des Rohrs bewegbar ist.
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Das Ende des Rohres ist drehbar und längsverschiebbar gegenüber dem Körper
der Verbindungsvorrichtung, und die Hebe-/Absenkvorrichtung kann
beispielsweise eine Öse sein.
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Die Nabe kann entweder vertikal oder horizontal auf der Basis angeordnet sein,
die aus einer zentralen Struktur und zwei Seitenstrukturen besteht, eine auf jeder
Seite der zentralen Struktur, wobei die Seitenstrukturen schwenkbar sind.
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Das bewegbare Ende des Rohres ist blockierbar nach dem Auflegen der
Verbindungsvorrichtung auf dem Meeresboden mit Hilfe von Hydrauliköl, das unter
Druck in die hydraulischen Steueröhren aufgebracht wird.
Vorteile der Erfindung
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Auf diese Weise ist in der Verbindungsvorrichtung nach der Erfindung die Hebe-
/Absenköse über dem Schwerpunkt, und das Ende des Rohres, mit dem die starre
Rohrleitung verbunden ist, ist verdrehbar. Diese Eigenschaften ermöglichen es der
Vorrichtung, ihre Position während des Absenkens auf den Meeresboden
beizubehalten, was die Resttorsion der starren Rohrleitung kompensiert. Dies bringt
den großen Vorteil, daß die Verbindungsvorrichtung immer eine richtige
Endposition auf dem Meeresboden einnehmen wird, was den Nachteil des Hebens und
Wiederabsenkens, wie es hinsichtlich des Standes der Technik beschrieben
worden ist, verhütet. Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion in den Kosten des
Installierens des Systems.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, wenn die Nabe der
Verbindungsvorrichtung in vertikaler Position angeordnet, ist, der Eingriff der flexiblen
Rohrleitungen, elektrischen Kabel und hydraulischen Steuerröhren (umbilicals),
die die Trasse bilden, viel einfacher und schneller durchgeführt wird. Die Installation
dieser Trassen wird mit der Hilfe von vertikalen Verbindungsmodulen
(MCV) ausgeführt, was Gegenstand einer anderen Patentanmeldung ist, wobei der
Anmelder auch CBV Industria Mecanica S.A. ist.
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Die Erfindung wird nun detaillierter an einem Beispiel beschrieben unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Unterwassersystems für die
Erdölexploration gemäß dem Stand der Technik ist;
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Fig. 2 eine Seitenansicht einer Verbindungsvorrichtung oder Plem gemäß dem
Stand der Technik ist;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 2 ist;
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Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Unterwassersystems für die
Erdölexploration unter Verwendung der Verbindungsvorrichtung nach der Erfindung
ist;
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Fig. 5 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der
Verbindungsvorrichtung nach der Erfindung ist;
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Fig. 6 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 5 ist;
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Fig. 7 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 5 ist;
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Fig. 8 ein Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 5 ist;
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Fig. 9 ein Detail B ist, angezeigt in Fig. 8;
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Fig. 10 eine schematische Ansicht ist, die das Wiederabsenken der starren
Rohrleitung zeigt, die an ihrem Ende eine Verbindungsvorrichtung gemäß der
Erfindung trägt;
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Fig. 11 eine Ansicht der Verbindungsvorrichtung nach der Erfindung ist,
gekoppelt mit der starren Rohrleitung während des Absenkens auf den
Meeresboden;
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Fig. 12 eine Ansicht der Verbindungsvorrichtung nach Fig. 11 ist, nachdem sie
bereits auf dem Meeresboden abgelegt ist.
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Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Unterwassersystems für die
Erdölexploration, unter Verwendung der Verbindungsvorrichtungen 14 und 15 nach der
Erfindung, die grundsätzlich aus einer Basis 15 und einer vertikalen Nabe 17
bestehen. In dieser Figur läßt sich hinsichtlich Fig. 1 erkennen, daß die Anordnung
der flexiblen Rohrleitungen 5 und 9 verschieden ist.
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Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der
Verbindungsvorrichtung 14, 15 nach der Erfindung, in der man sehen kann, daß die
Basis 16 aus einer zentralen Struktur 18 und zwei Seitenstrukturen 19, 19' aufgebaut
ist, die gegenüber der zentralen Struktur schwenkbar sind. In der Figur kann man
sehen, daß die Seitenstruktur 19' in der geschwenkten Position ist, während die
Struktur 19 offen ist, d. h. in der Betriebsposition. Die Seitenstrukturen werden in
der Betriebsposition mit Hilfe von Kolben (nicht dargestellt) gehalten, die
hydraulisch betätigt werden. Die Beweglichkeitseigenschaft der Seitenstrukturen ist
besonders wichtig beim Transport der Verbindungsvorrichtung, denn mit den
geschwenkten Seitenstrukturen wird im Serviceschiff weniger Platz verbraucht.
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Die zentrale Struktur 18 trägt die vertikale Nabe 17 sowie ein Rohr 20, das ein
Ende aufweist, das mit dem unteren Teil der Nabe verbunden ist; und das andere
Ende 21 ragt aus der zentralen Struktur 18 nach außen. Das Ende 21 des Rohres
kann sich drehen, wenn es nicht unter Druck steht, d. h., wenn kein Hydrauliköl
Druck ausübt. Diese Rotation des Endes 21 während des Hebens der
Verbindungsvorrichtung, wie bereits erwähnt, kompensiert die restliche Torsion der
starren Rohrleitung und verhindert, daß die Verbindungsvorrichtung in einer
unkorrekten Endposition bleibt, was die Installation der flexiblen Röhre schwierig
macht oder sogar verhindert, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Die
Metall/Metallverbindung, die zwischen dem Flansch des Endes 21 und dem Flansch
der starren Rohrleitung gebildet wird, wird üblicherweise Drehbefestigung
(svivel) genannt.
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In der zentralen Struktur 18, an den Enden gegenüber den Enden des Rohres 21,
ist eine Öse 22 vorgesehen, die zum Einsetzen eines Stahlseils (in Fig. 11 und 12
dargestellt) zum Heben oder Absenken der Verbindungsvorrichtung bestimmt ist,
nachdem letztere mit der starren Rohrleitung 8 gekoppelt wurde. Die Öse 22 ist an
einem Punkt über dem Schwerpunkt der Verbindungsvorrichtung (siehe Fig. 7)
befestigt, so daß während des Absenkens auf den Meeresboden die Vorrichtung
Stabilität behalten kann, was eine inkorrekte Endposition auf dem Meeresboden
verhindert.
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Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht der Verbindungsvorrichtung nach Fig. 5, wobei
die vorher bezeichneten Komponenten mit mehr Einzelheiten zu sehen sind, sowie
die Schalttafel 23, die dazu ausgebildet ist, den Arm eines Unterwasserrobots
(ROV) zur Betätigung von Röhren und zur Abgabe hydraulischer Befehle zu
erfassen, wenn bestimmte Operationen durchgeführt werden.
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Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 5, wo man den
Schwerpunkt 24 der Verbindungsvorrichtung erkennen kann. Es ist aus Fig. 6 an der
Seite klar, daß die Öse 22 über dem Schwerpunkt angeordnet ist.
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Fig. 8 zeigt einen Querschnitt A-A, angegeben in Fig. 5, wo man die Baugruppe
erkennen kann, die das Ende 21 unter Druck setzt und es fixiert hält, oder die es
ihr erlaubt, sich zu drehen, wenn es deaktiviert ist. Diese Baugruppe weist ein
Lager 25 und einen Lagerträger 26 auf, die die Drehung des Endes 21
ermöglichen, wenn kein hydraulischer Druck darauf ausgeübt wird. Die Zeichnung zeigt
außerdem den "O"-Ring 27, der die Verbindung, die zwischen dem Flansch des
Endes 21 und dem Flansch der starren Rohrleitung, wie in Fig. 12 gezeigt,
wasserdicht macht.
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Fig. 9 zeigt das Detail "B" der Fig. 8, wo man die hydraulischen Steuerröhren 28
und 29, den Stützring 30, die "O"-Ringe 31 und den Dichtungsring 32 erkennen
kann. Auf diese Weise, um das Ende des Rohrs 21 unbeweglich zu halten und das
Erdölfördersystem in den Betriebszustand zu bringen, muß das System aktiviert
werden, d. h., Hydrauliköl wird mit der Röhre 28 unter Druck in die hydraulische
Ölkammer 33 eingeführt, was den Dichtungsring 32 veranlaßt, vorzurücken, und
auf diese Weise legt sich seine äußere Oberfläche gegen den Körper der
Verbindungsvorrichtung 14 oder 15 an, während seine innere Oberfläche sich gegen das
Ende 21 anlegt. Mittels Reibung der jeweiligen Oberflächen des Dichtungsrings
tritt ein Blockieren des Endes 21 ein. Um das Ende zu deaktivieren und sein
Drehen zu ermöglichen, genügt es, den Öldruck auf die Röhre 28 aufzuheben und,
wenn nötig, einen leichten Druck auf das Öl der Röhre 29 auszuüben.
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Fig. 10 zeigt eine schematische Zeichnung des Absenkens der starren Rohrleitung
8 und der Verbindungsvorrichtung 15 mit Hilfe eines Stahlseils 24, das nach dem
Absenken in das Serviceschiff 10 zurückgeholt wird.
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Fig. 11 zeigt die Verbindungsvorrichtung 14, die mit dem anderen Ende der
starren Rohrleitung 8 verbunden ist und auf den Meeresboden mit Hilfe eines
Stahlseils 34 abgesenkt wird. In dieser Figur hat die Verbindungsvorrichtung 14 eine
Testabdeckung CT, die nicht Teil der Erfindung ist.
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Schließlich zeigt Fig. 12 die Verbindungsvorrichtung 14, abgelegt auf dem
Meeresboden, wobei das Stahlseil bereits zurückgezogen worden ist. Dann werden die
Operationen zum Koppeln der flexiblen Rohrleitung mit der Nabe 17
durchgeführt.
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Zusätzlich zu der oben vorgestellten Ausführungsform kann das gleiche
Erfindungskonzept auf andere Alternativen und Möglichkeiten der Verwendung der
Erfindung angewendet werden. Beispielsweise kann die Verbindungsvorrichtung
der Erfindung auch zum Verbinden eines Rohres mit einer anderen Einrichtung
oder zum Verbinden von zwei Einrichtungen miteinander oder zum Verbinden
von zwei Ventilen miteinander verwendet werden.
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Man sollte daher davon ausgehen, daß die vorliegende Erfindung in weitem Sinne
interpretiert werden sollte, wobei ihr Umfang durch die Begriffe der beigefügten
Ansprüche bestimmt ist.