ITMI20000234A1

ITMI20000234A1 - Giunto di sospensione per tubature dotato di una valvola a saracinesca integrale

Info

Publication number: ITMI20000234A1
Application number: IT2000MI000234A
Authority: IT
Inventors: Gavin Reilly
Original assignee: Fmc Corp
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2001-08-11
Also published as: GB2341879B; GB0001456D0; IT1316362B1; US6345668B1; SG82674A1; GB2341879A; BR0000360A; BR0000360B1; NO20000680L; NO318924B1; NO20000680D0; ITMI20000234A0; GB9903129D0

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Giunto di sospensione per tubature dotato di una valvola a saracinesca integrale”

La presente invenzione riguarda il controllo dei flussi di fluido nella corona circolare in pozzi sottomarini di petrolio o di gas, e valvole a saracinesca per questo e per altri usi.

Giunti di sospensione della tubatura per l'uso con alberi di natale sottomarini convenzionali (cioè non orizzontali), che hanno un passaggio della corona circolare per la fornitura di comunicazione di fluido tra la corona circolare della tubatura e l'albero sono noti. I metodi attuali per il controllo del flusso di corona circolare in questo passaggio includono:

(a) l'applicazione o la rimozione di tappi per la fune metallica di estrazione del carotiere nel passaggio;

(b) l'uso di un manicotto scorrevole anulare che è disposto in modo tale da bloccare o consentire accesso del fluido al passaggio;

(c) una valvola va e vieni ("navetta") azionata mediante la fune metallica di estrazione del carotiere disposta nel passaggio;

(d) una valvola va e vieni azionata idraulicamente disposta nel passaggio; e (e) valvole a sfera comandate idraulicamente o elettricamente disposte nel passaggio.

I metodi (a) e (c) richiedono accesso della fune metallica di estrazione del carotiere al passaggio. A motivo di problemi di affidabilità con i dispositivi di azionamento a distanza in oggetto, era fino ad ora comune prevedere in aggiunta una possibilità di azionamento con fune metallica di estrazione del carotiere secondaria almeno nel metodo (d). L'azionamento della valvola mediante fune metallica di estrazione del carotiere o la sistemazione/rimozione del tappo è di per sè un'operazione che richiede molto tempo e poco affidabile, in particolare a alte profondità dell'acqua. Per di più, fornire il necessario accesso per la fune metallica di estrazione del carotiere significa che il passaggio a corona circolare del giunto di sospensione della tubatura e il corrispondente condotto della corona circolare nell'albero non possono venire contorti o sfalsati indebitamente dalla linea mediana della testa del pozzo. Questi vincoli di progetto renderanno in generale più grandi il giunto di sospensione della tubatura e l'albero necessari per un dato diametro del foro di produzione. Poiché il peso massimo dell'albero è limitato dalla capacità della gru della nave di fornitura, il fatto di fornire accessibilità alla fune metallica di estrazione del carotiere nel passaggio della corona circolare del giunto di sospensione della tubatura riduce il diametro massimo possibile del foro di produzione.

Un approccio alternativo per il controllo di flussi di fluido nella corona circolare della tubatura consiste nel fornire un anello di flusso che by-passa il giunto di sospensione della tubatura e che contiene adatte valvole per il controllo del flusso. Questo metodo viene utilizzato in alberi orizzontali come pure il alcune strutture convenzionali di completamento, per esempio alcuni completamenti della testa della tubatura.

Il brevetto britannico GB 2287263 (FMC) riguarda un giunto di sospensione della tubatura avente un foro della corona circolare che può venire chiuso per mezzo di un disco in grado di ruotare disposto orizzontalmente in modo tale da intersecare il foro di produzione.

Il brevetto europeo EP 062471 1 (Cooper Cameron) rivela un giunto di sospensione della tubatura avente un foro centrale che viene aperto e chiuso per mezzo di una valvola a saracinesca. Dispositivi di azionamento opposti della valvola sono disposti sull'esterno di una testa del pozzo in cui viene fatto scorrere il giunto di sospensione della tubatura. Steli di azionamento che si estendono dai dispositivi di azionamento spingono la saracinesca della valvola tra le posizioni aperta e chiusa.

Sussiste dunque la necessità di un sistema di tenuta per l'isolamento della corona circolare della tubatura azionabile a distanza, di elevata integrità, in grado di chiudere o fornire comunicazione di fluido, selettivamente, con la corona circolare della tubatura, preferibilmente senza la necessità di una fune metallica di estrazione del carotiere. Inoltre sarebbe un vantaggio ulteriore se questo sistema di tenuta di isolamento potesse venire applicato sia a alberi convenzionali che ad alberi orizzontali, fornendo una maggiore standardizzazione di progetto tra i tipi di albero.

Di conseguenza, la presente invenzione mette a disposizione un giunto di sospensione della tubatura comprendente un passaggio di flusso per fluidi del pozzo; una cavità contenuta all'interno del giunto di sospensione della tubatura e che si interseca con il passaggio di flusso; una saracinesca della valvola accolta in modo linearmente mobile nella cavità e che contiene un foro passante, e un dispositivo di azionamento contenuto in modo sostanzialmente completo nella cavità disposto in modo tale da spostare la saracinesca della valvola tra una posizione nella quale il foro passante è allineato con il passaggio del flusso per permettere il flusso di fluido attraverso il passaggio del flusso e attraverso il foro passante, e una posizione in cui il foro passante e il passaggio del flusso sono fuori allineamento in modo tale che la saracinesca della valvola sigilli il passaggio del flusso.

Così, il passaggio di flusso (preferibilmente un passaggio per la corona circolare della tubatura) è provvisto in modo efficace di una valvola a saracinesca, che è la valvola di controllo del flusso preferita nell'industria petrolifera, avente una storia dimostrata di elevata integrità di tenuta e affidabilità a lungo termine. La saracinesca della valvola inoltre fornisce capacità di scorrimento di taglio per la fune metallica di estrazione del carotiere, le tubature spiralate o altri oggetti che possono venire abbassati attraverso il passaggio di flusso. Il giunto di sospensione della tubatura può essere previsto per l'uso in una testa di pozzo convenzionale, in congiunzione con un albero convenzionale, oppure per l'uso in un albero orizzontale.

Preferibilmente il dispositivo di azionamento comprende un pistone accolto aH'intemo della cavità in modo tale da definire, in combinazione con la cavità, uno spazio chiuso al quale può venire fornito fluido idraulico per spostare il pistone. A parte qualsiasi penetrazione di linea di servizio idraulica necessaria, il giunto di sospensione della tubatura e la sua valvola a saracinesca integrale e il dispositivo di azionamento della valvola saranno così del tutto indipendenti dalla carcassa della testa del pozzo, facilmente installabili nella o rimovibili dalla carcassa della testa di pozzo nella forma di un gruppo completo autonomo.

Il dispositivo di azionamento può comprendere un tappo che chiude un'estremità esterna della cavità. Il pistone può essere accoppiato con la saracinesca della valvola, per esempio per mezzo di un collegamento a spina e fessura che consente un limitato flottamento nella saracinesca della valvola nella direzione dell'asse del passaggio per la corona circolare della tubatura. Una coppia di tali pistoni possono essere disposti uno di fronte all'altro e sostanzialmente identici, uno ad ogni estremità della saracinesca per definire un sistema di azionamento a doppia azione a bilanciamento di pressione. Una delle parti o tutte e due le parti del passaggio di flusso sull'uno o sull'altro lato della saracinesca della valvola può essere provvista di una tasca di sede che contiene una sede per la valvola flottante per una collaborazione in condizioni di tenuta con la faccia adiacente della saracinesca della valvola. La saracinesca della valvola preferibilmente viene spinta in modo resiliente per fornire una chiusura di sicurezza in caso di guasto (fail safe).

Ulteriori aspetti peculiari preferiti sono descritti qui di seguito in relazione a forme di realizzazione illustrative della presente invenzione mostrate nei disegni.

Figura 1 è una sezione parziale schematica attraverso un giunto di sospensione della tubatura secondo la presente invenzione che mostra una saracinesca della valvola e dispositivi di azionamento preferiti;

Figura 2 è una vista in prospettiva della saracinesca della valvola mostrata in Figura 1;

Figura 3 è una vista in prospettiva di un pistone mostrato in Figura 1 ;

Figura 4 è una vista in sezione dell'interfaccia tra sede e saracinesca presa lungo la linea IV-IV in Figura 1, ma che mostra la saracinesca della valvola nella posizione aperta;

Figura 5 è una vista schematica in pianta parzialmente in sezione di un giunto di sospensione della tubatura in cui è attuata la presente invenzione, per l'uso con un albero convenzionale;

Figura 6 è una vista laterale schematica parzialmente in sezione del giunto di sospensione della tubatura della Figura 5;

Figura 7 è una vista schematica laterale parzialmente in sezione di un giunto di sospensione della tubatura in cui è realizzata la presente invenzione, per l'uso con un albero orizzontale; e

Figura 8 è un diagramma del circuito dei fluidi che mostra valvole esterne per l’uso con il giunto di sospensione della tubatura della Figura 7.

Come è mostrato nelle Figure da 1 a 4, un giunto di sospensione della tubatura 10 include un passaggio di flusso 12 (detto d'ora in avanti "passaggio per la corona circolare della tubatura") in combinazione con una corona circolare della tubatura. Una cavità 14 di diametro leggermente maggiore del passaggio per la corona circolare della tubatura 12 è perforata di traverso attraverso il giunto di sospensione della tubatura 10 in modo tale da intersecare il passaggio per la corona circolare della tubatura 12. Tasche di sede 16, 18 sono ricavate nel passaggio per la corona circolare della tubatura 12 in posizione adiacente alla cavità 14 per accogliere sedi di valvole flottanti 20, 22. Molle a onda 24, 26 nel fondo delle tasche 16, 18 spingono le sedi in impegno di tenuta con facce opposte di una saracinesca della valvola 28 accolta nella cavità 14. Anelli di tenuta 30, 32 sigillano le sedi 20, 22 nelle tasche 16, 18.

Un'estremità della saracinesca della valvola 28 è collegata con un dispositivo di azionamento 34 nella forma di un pistone 36 accolto nella cavità 14. Un albero tronco 38 sporge dall'estremità interna del pistone 36 e presenta fori incrociati per raccoglimento di una spina di collegamento 40. L'estremità sporgente dell'albero tronco 38 è accolta con del gioco in una cavità 42 ricavata nell'estremità della saracinesca 28, con le estremità della spina di collegamento 40 accolte in fessure 44 tagliate di traverso attraverso la saracinesca 28 in modo tale da intersecare la cavità 42. In questo modo la saracinesca 28 è attaccata al pistone 36. Le fessure 44 sono oblunghe nella direzione dell’asse del passaggio per la corona circolare della tubatura in modo tale da consentire un limitato movimento flottante della saracinesca 28 in tale direzione, come è richiesto per una tenuta corretta con le sedi 20, 22.

La cavità 14 presenta un gradino in 46 in modo tale da definire una porzione interna di diametro relativamente piccolo e una porzione esterna di diametro relativamente più grande. Il pistone 36 presenta in modo simile un gradino in 48 in modo tale da definire una estremità esterna di diametro relativamente grande e un'estremità interna di diametro relativamente piccolo. L'estremità più grande del pistone 36 è accolta nella porzione di diametro maggiore della cavità 14 e è sigillata rispetto ad essa per mezzo di un anello di tenuta 50. L'estremità interna più piccola del pistone 36 è accolta nella porzione di diametro minore della cavità 14 ed è sigillata rispetto ad essa per mezzo di un anello di tenuta 52. Uno spazio anulare 54 racchiuso in modo ermetico viene così definito tra i gradini 46 e 48.

L'estremità esterna della cavità 14 dietro il pistone 36 è sigillata per mezzo di un tappo filettato a vite 56 e di un anello di tenuta 58 in modo tale da definire un ulteriore spazio racchiuso 60. Fluido idraulico può venire fornito allo spazio 54 attraverso un'apertura 62 in modo tale da spostare il pistone 36 e la saracinesca 28 verso sinistra vista in Figura 1. Questo porta un foro passante 64 presente nella saracinesca 28 in allineamento con il passaggio della corona circolare 12 del giunto di sospensione della tubatura, aprendolo per il flusso di fluido. Fluido idraulico può anche venire fornito allo spazio 60 attraverso un'apertura 66 spostando il pistone 36 e la saracinesca 28 verso destra, nella posizione mostrata in Figura 1, in cui il passaggio per la corona circolare della tubatura è chiuso da una porzione piena della saracinesca 28. Una molla elicoidale 68 viene usata per fornire una spinta di chiusura di sicurezza in caso di guasto (fail safe) per la saracinesca 28.

La disposizione di cui sopra è soddisfacente per il controllo del flusso con basse pressioni nella corona circolare della tubatura. Tuttavia, pressioni più elevate della linea della corona circolare della tubatura fornita attraverso il passaggio 12 trafileranno nel solito modo oltre la sede della valvola a monte ed andranno ad agire sull’estremità interna del pistone 36 nella cavità 72 della valvola, richiedendo pressioni idrauliche più elevate sul bocchello 66 al fine di chiudere la saracinesca della valvola 28. Tali elevate pressioni di linea possono superare completamente la forza della molla 68 in modo tale che la saracinesca non presenta più la caratteristica di chiusura di sicurezza in caso di guasto. Per risolvere questi problemi, viene messo preferibilmente a disposizione un sistema a pressione bilanciata. Come è mostrato in Figura 1, questo lo si ottiene attaccando un ulteriore dispositivo di azionamento 70 alla saracinesca della valvola 28 sul lato opposto del passaggio per la corona circolare della tubatura rispetto al dispositivo di azionamento 34. I dispositivi di azionamento 34 e 70 e i loro collegamenti alla saracinesca 28 sono sostanzialmente identici salvo il fatto che il dispositivo di azionamento 70 non è dotato di una molla di precaricamento 68. In Figura 1, il dispositivo di azionamento 34 e il tappo 56 sono mostrati in sezione, mentre il dispositivo di azionamento 70 e il tappo 57 sono mostrati in elevazione. Pressioni di linea uguali ed opposte agiscono sui rispettivi pistoni dei dispositivi di azionamento 34 e 70, cancellandosi in questo modo reciprocamente. La saracinesca della valvola 28 viene aperta da fluido idraulico fornito al bocchello 62 del dispositivo di azionamento 34 e viene chiusa da fluido idraulico fornito ad un corrispondente bocchello 76 del dispositivo di azionamento 70.

Per scaricare la tensione imposta sulle connessioni tra saracinesca e pistone (inclusa la spina 40 e l'albero tronco 38 e i corrispondenti componenti del dispositivo di azionamento 70) provocata dalla pressione di linea, il bocchello 66 del dispositivo di azionamento 34 può essere direttamente collegato con un corrispondente bocchello 74 del dispositivo di azionamento 70. Il sistema chiuso creato in questo modo è riempito di un fluido idraulico sostanzialmente incomprimibile che impedisce che i pistoni dei rispettivi dispositivi di azionamento vengano forzati in allontanamento dalla pressione di linea. L'albero tronco 38 e la spina 40 di ogni dispositivo di azionamento e la cavità 42 e le fessure 44 nella saracinesca della valvola 28 possono di conseguenza se desiderato venire omessi. Allora ogni pistone semplicemente spinge sulla saracinesca e viene riportato in una posizione centralizzata dal circuito idraulico chiuso comprendente i bocchelli 66 e 74. In alternativa se tale scarico di tensione per le connessioni tra saracinesca della valvola e dispositivo di azionamento non è richiesto, le aperture 62, 66, 74, 76 possono venire usate in varie combinazioni del tutto evidenti per spostare la saracinesca della valvola secondo quanto desiderato. Le quattro aperture utilizzate in questo modo forniscono ridondanza o capacità di scorta (backup) (dove il bocchello 74 fa da scorta per il bocchello 62 e il bocchello 66 fa da scorta per il bocchello 76) aumentando ulteriormente la sicurezza e l'affidabilità del sistema di isolamento della corona circolare della tubatura.

Cosi la presente invenzione può venire utilizzata per mettere a disposizione un giunto di sospensione della tubatura con una o più valvole a saracinesca integrali. Le Figure 5 e 6 mostrano il posizionamento di una tale valvola 80 per l'isolamento della corona circolare della tubatura in un giunto di sospensione della tubatura 82 convenzionale (cioè non orizzontale) avente un foro di produzione concentrico 84 e un condotto della corona circolare della tubatura 12 fortemente sfalsato in direzione radiale.

La Figura 7 è una vista in sezione che corrisponde alla Figura 6, ma mostra un giunto di sospensione della tubatura 86 per un albero orizzontale, per esempio per un albero orizzontale ad alta pressione. Esso include un foro di produzione concentrico verticale 88 chiuso al di sopra di un ramo d'ala di produzione orizzontale 90 per mezzo di un tappo 92. Sono previste delle penetrazioni 94 per linee di servizio lungo il foro. Al contrario delle strutture abituali del giunto di sospensione della tubatura per un albero orizzontale, è previsto un passaggio per la corona circolare della tubatura 96 che si estende in direzione verticale attraverso il giunto di sospensione della tubatura 86. Sono previste una coppia di valvole a saracinesca 98, 100, formate sostanzialmente come descritto con riferimento alle Figure da 1 a 5, nel passaggio 96 sull'uno o sull’altro lato di un ramo d'ala 102 della corona circolare. Queste svolgono le funzioni della valvola principale di corona circolare e della valvola di accesso alla corona circolare rispettivamente degli alberi orizzontali noti.

Come è mostrato in Figura 8, il giunto di sospensione della tubatura 86 è accolto in un albero orizzontale 104. Tenute anulari 106, 108, 110 isolano i rami di ala di produzione e di corona circolare 90, 102 e li collegano con corrispondenti condotti dell'ala di corona circolare 112 e dell'ala di produzione 114 che terminano nell'albero 104. La sommità dell'albero al di sopra del giunto di sospensione della tubatura 86 è sigillata per mezzo di un cappuccio interno 116 nel modo abituale. Il condotto dell'ala di produzione 114 contiene una valvola principale di produzione 122 e una valvola di ala di produzione 124. Un'estremità di un condotto di scambio (crossover) 118 che contiene una valvola di scambio 120 è unita con il condotto d'ala di produzione 114 tra le valvole 122, 124. L'altra estremità del condotto di scambio 118 è unita al condotto d'ala della corona circolare 112 all'interno rispetto alla valvola d'ala della corona circolare 126.

Anche se la valvola principale di produzione 122 è mostrata come interna rispetto al blocco dell'albero e le valvole rimanenti 120, 124, 126 esterne al blocco dell'albero, ciascuna di queste valvole può essere posizionata sia internamente che esternamente secondo quanto desiderato, come è ben noto. Queste valvole sono preferibilmente valvole a saracinesca comandabili a distanza del tipo comunemente utilizzato in attrezzature subacquee.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Giunto di sospensione della tubatura comprendente un passaggio di flusso per fluidi del pozzo; una cavità contenuta all'interno del giunto di sospensione della tubatura e che si interseca con il passaggio di flusso; una saracinesca della valvola accolta in modo linearmente mobile nella cavità e che contiene un foro passante, e un dispositivo di azionamento contenuto in modo sostanzialmente completo nella cavità disposto in modo tale da spostare la saracinesca della valvola tra una posizione nella quale il foro passante è allineato con il passaggio del flusso per permettere il flusso di fluido attraverso il passaggio del flusso, e attraverso il foro passante, e una posizione in cui il foro passante e il passaggio del flusso sono fuori allineamento in modo tale che la saracinesca della valvola sigilli il passaggio del flusso.
2. Giunto di sospensione della tubatura come definito nella rivendicazione 1 comprendente un tappo che chiude un'estremità esterna della cavità.
3. Giunto di sospensione della tubatura come definito nella rivendicazione 1 o 2 in cui il dispositivo di azionamento comprende un pistone accolto aH'intemo della cavità in modo tale da definire, in combinazione con la cavità, uno spazio chiuso al quale può venire fornito fluido idraulico per spostare il pistone.
4. Giunto di sospensione della tubatura come definito in una qualunque delle rivendicazioni precedenti nel quale sono previste una coppia di tali cavità e di tali pistoni, una a ciascuna estremità della saracinesca.
5. Giunto di sospensione della tubatura come definito nella rivendicazione 3 o 4 nel quale il pistone o ogni pistone è accoppiato con la saracinesca della valvola mediante una connessione che consente un limitato flottamento della saracinesca della valvola nella direzione dell'asse del passaggio di flusso.
6. Giunto di sospensione della tubatura come definito in una qualunque delle rivendicazioni precedenti nel quale una parte del passaggio di flusso su un lato della saracinesca della valvola è dotato di una tasca di sede che contiene una sede di valvola flottante per un collegamento di tenuta con la faccia adiacente della saracinesca della valvola.
7. Giunto di sospensione della tubatura come definito in una qualunque delle rivendicazioni precedenti nel quale la saracinesca della valvola è spinta in modo resiliente per fornire una chiusura sicura in caso di guasto.