JPH03504263A - 流体輸送導管のコネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体輸送導管のコネクタ 本発明は、例えば石油および／またはガスに使用されるパイプラインおよびフロ ーライン等の流体輸送導管を、特に、限定されるわけではないが、例えば海底の 生産モジュールおよびパイプラインに対してそのような導管を接続・分離するこ とが必要な海底で、接続・分離するために使用されるコネクタに関する。

海中での設置および保守時間を短縮する必要性によって海底システムにモジュー ル構造を使用する例が増えている。容易に交換できるモジュールという考えから 、それに適した「コネクタ」の必要性が生じる。現状のコネクタ設計は高価かつ 複雑で、従って信頼性に欠ける。

北海で過去および現在採用されている方法は、多基単点連結を使用してこれらモ ジュールを接続・分離している。多数のアライメント基準点に依存するこれらの 方法は、２個以上の部品を接続・分離する場合に最少限の基準点を求める基本的 な技術設計の原則に反する。

更に、これらの多基重点モジュールを実際に接続・分離するには、パイプ構造を 弾性的に心合わせする大きな力が要求されることが多く、その結果シールやハウ ジングが損傷して、しばしば生産のダウンタイムが生じる。

熱膨張によっても連結部に不当な力がかかる。

北海で現在使用されている多連結式の海底モジュールの一例は、連結の一体性を 確保するために高価なジグおよび固定具に依存する約２０個の別個のコネクタで 構成されている。更に、流体を封じ込めるために連結部の各側にバルブ機構が必 要である。これは基本的に、各コネクタ連結部に高価でシステムの信頼性を低下 させる一対の遮断弁が必要とされることを意味する。

従って、出願人の見解では、海底油田開発のいかなるモジュール構造にも、公知 の多接続式の海底モジュールの欠点を持たない接続システムが不可欠になってい る。

油田開発の新しい方法を見つけるという石油会社に対する以前の圧力が、最近の 原油価格の変動によって著しく増加した。その結果、最初のショックを切り抜け た多くの石油会社は、現在、次の新しい一連の主として小規模油田の開発を計画 している。これらはモジュール構造、連結構造等の事柄に対する新しい多くの研 究を伴うことになる。従って、石油会社が適当なコネクタを使用できることが重 要である。

出願人が指摘するこのようなコネクタの他の主な用途は、ＦＰＶ　（浮動生産的 ）上のフレキシブル上昇システム用のＱＣＤＣ（”！、連速連結分離）である。

海底設備とＦＰＶの間のフレキシブル上昇システムは、ＦＰＶが緊ゑ、時にステ ーションから離れる場合に急速に分離または投棄できる連結をＦＰＶに設けるこ とを必要とする。

従って、本発明の主目的は、上記接続／分離部の難点コネクタシステムの価格の 約４分の１にまでも低下し得る価格で高い信頼性を持つコネクタを提供すること にある。

この目的のため、本発明は、流体輸送導管を接続・分離するためのコネクタであ って、２個の協働部品からなり、そのそれぞれが複数の孔と、両部品が連結され た時に一方の部品の孔を他方の部品の多孔と連通させて孔とコネクタを通る流体 の流れを許し、そして前記孔の連通を断って孔を通る、従ってコネクタを通る流 体の流れを止めることによって前記部品の一方を前記部品の他方から分離するこ とを可能にする手段とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、存在する海底生産モジュールの接続に関連するすべての連結部 およびバルブを、ダイパーなしで、遠隔操作または適当な潜水ロボット、遠隔維 持システム（ＲＭＳ）　、遠隔操作ビークル（ＲＯＶ）によって行える一回だけ の連結作業を必要とする単一基準点・多孔コネクタに置き換えることができる。

孔を連通し、連通を断つ手段を操作することによって、両部品が連結された時に 流れを生じさせ、また孔の連通が断たれコネクタを通る流れを止めて初めて両部 品が分離されるように分離前に流れを止めることが簡単、容易に達成される。

従って、孔を連通し、連通を断つ手段が、事実上、コネクタの２個の部品内に収 められ、両コネクタ部品間の分離箇所の各側で圧力保全を確保する単一の内部バ ルブとして機能する。

個々の条件に適合するようにコネクタ部品が孔をいかなる適当数備えていてもよ いが、一実施例では各部品が１０個の孔を備えていることが提案されている。

孔を連通させ連通を断つ手段が一方の部品に取り付けられた第１スリーブと他方 の部品に取り付けられた第２スリーブからなり、前記スリーブのそれぞれがボー トを有し、両部品が連結された時にスリーブの各ボートが互いに同心状になるよ うスリーブが連係し、スリーブが第１位置へ一体回転すると同心状のボートが両 部品の多孔とそれぞれ同心状になってコネクタを通る流体の流れを許し、第２位 置へ回転すると両部品の孔から外れてコネクタを通る流体の流れを止め、部品の 分離番許すよう構成することが望ましい。

孔と、孔を連通させ／連通を断つ手段のボートを良好にシールするために、コネ クタは前記孔を連通させたり、連通を断つ時に各部品の孔のまわりに密封状態を 維持するシール手段を含んでいる。

各部品のシール手段の好適実施例では、両部品が連結されたときに各部品のシー ル手段が多孔とそれと同心状のスリーブボートの間にシールが設けられ、そのシ ールが互いに外れた状態の孔とボートの両者にまたがるような、例えば梨形また は涙滴の形状になっている。また、各部品のシール手段が、多孔のまわりに少な くとも一個の環状シールを含むことが望ましい。部品の連結時にスリーブの同心 状のボート間をシールするために部品の一方の各スリーブポートのまわりにも少 なくとも一個の環状シールが設けられることが望ましい。

コネクタが、両部品を係合させ、前記部品の連結時に互いを引き寄せる所定の力 を付与するラッチ機構を含むと都合がよい。

ラッチ機構の好適実施例では、一方の部品がカム状突起を含み、これが部品の連 結時に回転して他方の部品に設けられたラグに係合し、このラグが例えばテンシ ョンロンドを介してテンション状態にあり、突起がラグと係合することによって 両部品を互いに引き寄せるよう構成されている。

コネクタが相互補完する雄雌部品を有する「プラグ・アンド・ソケット１式であ り、コネクタが海洋生産モジュールに使用される場合、雌部品がモジュールに設 けられ、雄部品が流体輸送導管に連結されると好都合である。

コネクタの両部品の連結のため雄部品が雌部品に容易に侵入できるように、雄部 品のスリーブの外面が内方ヘテーパまたはフレアしており、外方ヘテーパまたは フレアした雌部品のスリーブの表面に係合することが望ましい。コネクタ内に作 動圧を封じ込め、部品間にかかる分離力を最小限にするためにテーバはできる限 り小さいことが望ましい。

両スリーブを一体回転可能に互いに固定させることは、例えばスプラインまたは スロットに嵌合するキー等の適宜手段で達成できる。

孔を連通させ／連通を断つ手段は機械的、油圧式または電気的等の適宜手段で回 転させることができる。

発明がより容易に理解されるために、これから添付図を参照して実施例を説明す るが、図中、第１図は本発明にもとづくコネクタの海洋石油生産システムへの適 用形態を示す構成図、 第２図はコネクタの他の海洋石油生産システムへの他の適用形態を示す構成図、 第３および４図は第１および２図で使用されるコネクタの協働する雄部品と雌部 品の側面図、第５図は左側に閉鎖され、右側に解放されたコネクタを示す第６図 のＡ−Ａ線に沿うコネクタの縦断面図、第６図は第５図のＢ−Ｂ線に沿う横断面 図、第７図は第６図のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図、第８ａないし８上図は部品の連 結時のコぶフタの継続的な概略横断面図、そして 第９図はコネクタの特徴部分の拡大断面図である。

第１図を参照して、海洋石油設備は複数の海底生産モジュール１を備え、それら は海底３上の枠組み２内に別々に支持されて、導管４を介して油井５から石油、 ガスおよび水を採り、導管７を介して海面の石油掘削装置６へ分離・輸送するよ う構成されている。船８によって枠組み２へ下げたり、そこから取り除いたりで きる石油生産モジュール１にフローライン４および７を接続するために、各モジ ュールには第３ないし９図に示され、総体的に参照番号９が付されたコネクタが 設けられている。

第２図にコネクタ９の他の適用が示され、ここでは複数の海底生産モジュール３ ６がフレキシブル導管３８によって半潜水型の浮動プラットホーム３７に接続さ れている。それぞれの導管３８はプラントホーム側では、必要に応じてプラット ホームに対して導管を急速連結／分離させるコネクタ９のひとつによって接続さ れている。

コネクタ９はニブラグ・アンド・ソケ・ント」式で、例えば海底モジュール↓こ 取り付けられる雌部品１０と、第５図に示すように雌部品１０がかぶさって嵌合 する補完雄部品１１からなる協働部品を備えている。各雌雄部品には複数の孔１ ２および１３が設けられ、孔１３が例えば流体輸送導管４（第１図）に接続され る。第５および６図に示すように（右側に示されている）、答礼１２および１３ とそれぞれ連通して、連通された孔を通る、従ってコネクタ９を通る流体の流れ を許し、そして孔１２および１３の連通を断って（左側に示されている）、孔１ ２および１３を通る、従ってコネクタ９を通る流体の流れを止めるポート１６お よび１７を備えたテーパ状の円筒スリーブ１４および１５からなる手段が雌雄部 品に設けられている。

スリーブ１４および１５は、同心状のポート１６および１７が孔１２および１３ とそれぞれ同心状になる第５および６図の右側に示された第１位置と、ポート１ ６および１７が孔１２および１３から外れる（第５および６図の右側に示された ）第２位置との間で（図外の手段によって）回転可能に（図外の手段によって） 連結されている。

第５および７図に示すように、雌部品１０の孔１２とスリーブボート１６の間、 および雄部品１１の孔１３とスリーブポート１７の間にいくつかのシールが設け られている。これらのシールは各ポート１０．１１における孔のまわりに位置し 、内圧を封じ込めるための環状の一次シール１８と、外圧を封じ込めるための、 これも環状の二次シール１９と、ポートと孔の心合わせ／変位の間内圧を封じ込 めるための梨形外囲シール２０とからなる。

部品ｌ０１１１が連結されたとき二つのスリーブ１４．１５の同心状のポート間 にも環状のシール２１が設けられる。スリーブ１４．１５の各端部にもバリヤー シール２２が設けられ、他のシールからの漏れがあってもそれが周囲に及ぶのを 防止し、より大きな外圧による海水の侵入を防止する。

２個の部品１０．１１の連結の前は、両部品は第５および６図の左側に示された 「閉じコ状態にある。雄部品１１には、第８ａ図に示すように、分離状態でスリ ーブ１５が回転して孔１３が開口しないようにロックビン（図外）からなるイン ターロック（図外）が設けられている。このように、流体が漏れることなく分離 が可能で、両部品が分離された時にスリーブがフェイルセーフ状に「ロック−１ され、あるいは孔の「閉じ一１状態に維持される。部品の連結に際して、雌部品 が雄部品にかぶさるように降ろされるが、両部品の対向面間をろ過水で洗浄して 、シール性を損ない得る閉じ込められた砂、ゴミ等の粒子を取り除くために、両 部品は最初はシャツキングピン２３によって互いに間隔を持った状態に維持され る。

洗浄が終了すると、部品を係合させるう・ンチ機構２４が操作される。機構２４ は雌部品１０に設けられたカムリング２５を備え、これが回転して雄部品１１の ラグ２６の下に係合するとともに、シャツキングピン２３を退避させて雄部品の インターロックを解除する。ラグ２６は雄部品内にその長さ方向に延設されたテ ンション口・ンド２７に連結し、カムリングがラグの下に係合すると、両部品１ ０．１１を互いに引き寄せる。従って、連結した部品は同心状のポート１６．１ ７が孔１２．１３から外れた第８ｂ図に示す状態になる。また、両スリーブ１４ ．１５が常に一体回転してポート１６．１７の同心状態を維持するために両者間 にアライメント・駆動キー（図外）が設けられる。

部品１０．１１が固定されたまま、第８ｃ図に示すようにスリーブが回転され、 その結果ボート１６．１７が孔１２．１３と同心状になって孔同士を連通し、従 って流体がコネクタを通って流れることが可能になる。スリーブの回転時に梨形 シール２０は、シールが各部品の孔とスリーブボート間に維持されることを確実 にする。

第８ｄ図は同心状のボート１６．１７によって孔１２．１３が互いに連通した「 全開−１状態を示し、この状態で環状シール１８および２１がすべての圧力を封 じ込め、梨形シール２０は使用されていない。

ランチ機構がこの状態で第９図の拡大図に示すインターロック３６によってロッ クされ、スリーブ１４および１５が「開放」　（生き〕状態の時両部品１０およ び１１の分離を′防止する。インターロックは第１付勢ピン３７を備え、これは スリーブ１４．１５の回転よって作動し、第２付勢ビン３８を作動させ、これが シャービン３９を作動させてカムリング２５に形成された穴４０に係合させる。

これによって、カムリング２５が戻り回転してラグ２６の下から離脱することが 防止される。

両部品を分離するには単に上記プロセスを逆にし、先ずスリーブを戻り回転させ て孔の連通を断ち、ラッチ機構を解除し、次にラッチ機構を回転させて雌雄部品 を分離する。ラッチ機構を作動させてからロックすることによって両部品が一体 化された後、テーバ状のスリーブを孔とスリーブボートが同心状になるまで一体 回転させることによってのみ、両部品の孔が同時に「開放−（されることが理解 されよう。

このようなラッチ機構は、モジュール負荷と横流れ負荷に耐えるに適した強度を 持つ。

また、コネクタが、雌部品１０に固定されたガイドポスト２８からなる案内・ア ライメントシステムを含むと好都合である。アライメントを容易にするために、 ポスト２８は、ポストが雄部品の中心案内路３０に挿入されたときに雄部品１１ の受入れ円錐部に嵌入する円錐端２９を有する。挿入時にガイドポストの他端の 位置決めスクロール３１がアライメントキー３２に当り、これによってキーが対 応するキースロット３３に入るまで雌部品が回転する。そして微細アライメント がスピゴット３４と位置決めビン３５によって達成される。

第５図から容易に理解されるように、孔１３は軸方向の上流部１３ａと、雄部品 １１の軸心に対して９０゛の直角に位置する径方向の下流部１３ｂを有する。

連係したスリーブ１４および１５の回転、および「開放」、「閉鎖ｊの両モード におけるラッチング等、すべての作動機能は主として油圧式であることが便利で 、そして、このような機能が遠隔操作ビークル（’ＲＯＶ）または遠隔維持シス テム（ＲＭＳ）による介入に適した二次的な＠械的オバーライド（図外）を持つ ことが望ましい。

孔およびボートのすべてのシールが、モニターおよび圧力保全性試験を可能にす るための開口（図外）を備えることが望ましい。

更に、雄コネクタ部品１１が長期にわたる分離に備えて圧力または腐食式キャッ プを取り付けるのに適していることが望ましい。

すべての材料は、当然、海底環境、ライン流体および物理的作用を考慮し、最少 コストで最大の信頼性を持ったコネクタが得られるよう選択されることが理解さ れよう。

更に、上記コネクタは海底での使用に特に適し、専売品として、または特定の用 途に向けて改変きれた形で提供されてもよい。また、コネクタの設計原理は、そ れがダイパーを必要としない、遠隔設置および回収可能なモジューラシステムへ 組み込まれることを可能にしている。

発明は本書に記載された実施例に限定されるものではなく、ここに書き添えられ た請求項に記載の発明の範囲に含まれるすべての改変、変更を包含することを理 解されたい。例えば、上記コネクタは主として垂直または実質的に垂直な連結お よび分離用として設計されているが、水平連結および分離を含む、垂直に対して 角度を持った連結に使用するか、そのような使用に通用させることができる。

更に、円筒スリーブ１４および１５に代えて、雄雌部品の軸方向に延設された孔 に対して心合わせおよび変位されるボートを有する２枚の孔付きディスクを使用 してもよい。

好適実施例において、誰雌部品１０および１１は、両部材１０および１１の分離 を容易にするために、孔の連通が断たれた後にシャツキングピン２３によって部 分付勢される。

本発明によるコネクタは海洋システムに適用されたものを説明したが、他の用途 として同等な陸上システムにも使用できることが理解されよう。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成２年３月２６日

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．液体輸送導管を接続・分離するためのコネクタであって、２個の協働部品（ １０、１１）からなり、そのそれぞれが複数の孔（１２、１３）と、両部品（１ ０、１１）が連結された時に一方の部品（１２、１３）の孔（１２、１３）を他 方の部品（１２、１３）の各孔（１２、１３）と連通させて孔（１２、１３）と コネクタ（９）を通る流体の流れを許し、そして前記孔（１２、１３）の連通を 断って孔（１２、１３）を通る、従ってコネクタ（９）を通る流体の流れを止め ることによって前記部品（１２、１３）の一方を前記部品（１２、１３）の他方 から分離することを可能にする手段（１４、１５）とを備えていることを特徴と するコネクタ（１９）。
2. ２．前記孔（１２、１３）を連通させたり、連通を断つ時に各部品（１０、１１ ）の孔（１２、１３）のまわりに密封状態を維持するシール手段（２０）を含む 請求項１に記載のコネクタ。
3. ３．孔を連通させ連通を断つ手段（１４、１５）が一方の部品（１０）に取り付 けられた第１スリーブ（１４）と他方の部品（１１）に取り付けられた第２スリ ーブ（１５）からなり、前記スリーブ（１４、１５）のそれぞれがポート（１６ 、１７）を有し、両部品（１０、１１）が連結された時にスリーブ（１４、１５ ）の各ポート（１６、１７）が互いに同心状になるようスリーブ（１４、１５） が連係し、スリーブ（１４、１５）が第１位置へ一体回転すると同心状のポート （１６、１７）が両部品（１０、１１）の各孔（１２、１３）とそれぞれ同心状 になってコネクタ（９）を通る流体の流れを許し、第２位置へ回転すると両部品 （１０、１１）の孔（１２、１３）から外れてコネクタを通る流体の流れを止め 、部品（１０、１１）の分離を許す請求項１または２に記載のコネクタ。
4. ４．両部品（１０、１１）が連結されたときに各部品（１０、１１）のシール手 段（２０）が各孔（１２、１３）とそれと同心状のスリーブポート（１６、１７ ）の間にシール（２０）を含み、そのシール（２０）が互いに外れた状態の孔（ １２、１３）とポート（１６、１７）の両者にまたがる形状である請求項２およ び３に記載のコネクタ。
5. ５．前記シール（２０）が梨形である請求項４に記載のコネクタ。
6. ６．前記孔（１２、１３）それぞれのまわりに少なくとも一個の環状のシール（ １８、１９）が設けられている前出の請求項のいずれかに記載のコネクタ。
7. ７．部品（１０、１１）の連結時にスリーブ（１４、１５）の同心状のポート（ １６、１７）間をシールするためにスリーブ（１４、１５）の一方（１４）の各 ポート（１６）のまわりに少なくとも一個の環状シール（２１）が設けられる前 出の請求項のいずれかに記載のコネクタ。
8. ８．両部品（１０、１１）を係合させ、前記部品（１０、１１）の連結時に互い を引き寄せる所定の力を付与するラッチ機構（２４）を含む前出の請求項のいず れかに記載のコネクタ。
9. ９．ラッチ機構（２４）が一方の部品（１０）に設けられたカム形突起（２５） を含み、これが部品（１０、１１）の連結時に回転して他方の部品（１１）に設 けられたラグ（２６）に係合し、このラグ（２６）はテンション状態にあり、突 起（２５）がラグ（２６）と係合することによって両部品（１０、１１）を互い に引き寄せる請求項８に記載のコネクタ。
10. １０．両部品（１０、１１）を互いに引き寄せるためにテンションロッド（２７ ）が前記ラグ（２６）に連結されている請求項９に記載のコネクタ。
11. １１．部品（１０、１１）が分離されるように孔（１２、１３）の連通が断たれ るまでカム形の突起（２５）がラグ（２６）から離脱することを防止するために インターロック（３６）が設けられている請求項９または１０に記載のコネクタ 。
12. １２．前記インターロック（３６）がスリーブ（１４、１５）の回転によって作 動する請求項３から１０のいずれかと請求項１１に記載のコネクタ。
13. １３．コネクタ（９）が相互補完する雄雌部品（１０、１１）を有する「プラグ ・アンド・ソケット」式である前出の請求項のいずれかに記載のコネクタ。
14. １４．コネクタ（９）の両部品（１０、１１）の連結のため雄部品（１１）が雌 部品（１０）に容易に侵入できるように、雄部品（１１）のスリーブ（１５）の 外面が内方へテーパまたはフレアしており、外方へテーパまたはフレアした雌部 品（１２）のスリーブ（１４）の表面に係合する請求項１３に記載のコネクタ。
15. １５．部品（１０、１１）が連結される時、ラッチ連結前に部品（１０、１１） の対向面の洗浄が可能なように、最初は互いに間隔を持った状態に維持するジャ ッキング機構（２３）を含む前出の請求項のいずれかに記載のコネクタ。
16. １６．前記部品（１０、１１）の少なくとも一方が、部品（１０、１１）の分離 時に前記一方の部品（１１）の孔（１３）とスリーブポート（１７〕が互いから 外れることを確実にするインターロックを備えている請求項２から１５のいずれ かに記載のコネクタ。
17. １７．流体輸送導管を接続・分離するためのコネクタであって、 ２個の協働部品、 前記部品のそれぞれに形成された複数の孔、両部品が連結された時に一方の部品 の孔を他方の部品の各孔と連通させて孔とコネクタを通る流体の流れを許し、そ して前記孔の連通を断って孔を通る、従ってコネクタを通る流体の流れを止める ことによって前記部品を互いから分離することを可能にする手段、および 前記孔を連通させたり、連通を断つ時に各部品の孔のまわりに密封状態を維持す るシール手段、を備えているコネクタ。
18. １８．流体輸送導管を接続・分離するためのコネクタであって、 ２個の協働部品、 前記部品のそれぞれに形成された複数の孔、両部品が連結された時に一方の部品 の孔を他方の部品の各孔と連通させて孔とコネクタを通る流体の流れを許し、そ して前記孔の連通を断って孔を通る、従ってコネクタを通る流体の流れを止める ことによって前記部品を互いから分離することを可能にする手段、および 両部品を係合させ、前記部品の連結時に互いを引き寄せる所定の力を付与するラ ッチ機構、を備えているコネクタ。