NL7905926A

NL7905926A - Verbindingsinrichting met draaiende ring, in het bijzonder voor de stijgkolom die wordt gebruikt bij aardolie-exploratie of -produktie op zee.

Info

Publication number: NL7905926A
Application number: NL7905926A
Authority: NL
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1980-02-05
Also published as: FR2432672B1; DE2930625A1; NO152379C; IT1122680B; NL188302C; GB2027150A; CA1132900A; NO152379B; IT7924862A0; NO792525L; NL188302B; US4280719A; JPS5560781A; JPS6240511B2; AU4953879A; FR2432672A1; BR7904978A; DE2930625C2; GB2027150B

Description

» ' *~· 793366/Ke/sn _ _

Aanvraagster^ Institut Frangais du Pltrole te Rueil-Malmaison, Frankrijk·

Korte aanduiding: Verbindingsinrichting met draaiende ring, in het bijzonder voor de stijgkoiom die wordt gebruikt bij aardolie-expioratie of -produktie op zee·

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:

Edmond DANIEL, Jean GUESNON en André LAURENCIN·

De uitvinding heeft betrekking op een verbindingsinrichting met draaiende ring, in het bijzonder voor een stijgkoiom die wordt gebruikt voor aardolie-expioratie of -produktie op grote afstand van de kust· 5 De uitvinding zal worden beschreven in het bijzonder aan de hand van de genoemde toepassing, zonder dat de oitvindingsgedachte daartoe beperkt is, hoewel de inrichting volgens de uitvinding bijzonder geschikt is voor de oplossing van het probleem dat wordt gesteld door de verbinding van een stijgkoiom (of verlengingsbuis) van 10 het vermelde type, welke kolom dikwijls wordt aangeduid met de Engels e terra "riser*·

De op dit terrein het meest gebruikte verbindingsinrichtingen zijn van een type met radiale klemming·

Het grote bezwaar van deze inrichtingen is dat zeer aanzienlijke 15 radiale krachten worden geïntroduceerd en dat de verticale belasting slechts over de omtrek van de inrichting is verdeeld·

Er zijn echter reeds inrichtingen met draaiende ring bekend dis buisvormige elementen omvatten die in elkaar passen en met een axiale 790 5 9 26 . __ 2 _ _" / ' verbreding, terwijl een grendelring grijpt in één van deze buisvormige elementen om een bajonetconstructie te vormen waarin tanden van de ring samenwerken met corresponderende tanden van het eerste buisvormige element, en met middelen die tegen het tweede buisvormige element liggen 5 m in axiale richting een klemvoorspanning voor de twee buisvormige elementen uit te oefenen door middel van tanden van de grendelring·

De tot nu toe bekende verbindingsinrichtingen van dit type (bijvoorbeeld volgens de Franse octrooischriften 2.249.280 en 2,322.323) vertonen een aantal bezwaren die speciaal afkomstig zijn van het feit 10 Jat de verbinding van de twee buisvormige elementen wordt uitgevoerd net een contact van de tanden op een totaal gebogen vlak dat uit de 'iard der constructie kleiner is dan 180° om de hartlijn van de inrichting, Als gevolg daarvan zijn de axiale krachten niet op voldoend gelijkmatige wijze om de hartlijn verdeeld.

15 Verder brengt in deze bekende inrichtingen elke Verhoging van de voorspanning voor de klemming van de twee buisvormige elementen een verkleining met zich mee van het genoemde omtreksvlak van aanraking.

Het eerste van deze bezwaren kan ondervangen worden door een verbindingsinrichting te maken met een draaiende ring waarin het eersre 20 buisvormige element en de grendelring elk tenminste twee tandkransen omvatten die tussen de kransen onderling over een hoek verspringen.

Hier verkrijgt men een inrichting waarin de tanden van het eerste buisvormige element en die van de grendelring in contact zijn over een omtreksvlak waarvan de totale waarde veel groter is dan de waarden die 25 momenteel met de bajonetverbindingsinrichtingén bereikt kunnen worden Dit omtreksvlak kan dan liggen in de orde van 350° wanneer het eerste buisvormige element van de inrichting en de grendelring elk slechts twee tandkransen omvatten (maar de inrichting is niet tot dit aantal beperkt), waardoor men een volmaakte verdeling krijgt van de op de 3ó inrichting uitgeoefende axiale kracht.

790 59 26 % 3* _ 3 _

Uit het Franse octrooischrift 1,301,318 (Guyot) is een buisver-binding bekend met tanden die opgesteld zijn volgens de hoeken en het middelpunt van een vierkant.

Een eerste uitvoeringsvorm van die verbinding vertoont het bezwaar 5 dat een reeks axiale verplaatsingen nodig is gecombineerd met een reeks draaiende bewegingen, om de verbinding tot stand te brengen, hetgeen bij de beoogde toepassing moeilijk denkbaar is.

Een tweede uitvoeringsvorm ondervangt dit bezwaar door de rijen tanden te maken met een verschillende dikte, waarbij de eerste rij 10 (beginnend bij het uiteinde van de verbinding) overgeslagen kan worden door middel van een axiale kracht tussen de twee buisvormige elementen, hetgeen aanleiding geeft tot een radiale vervorming van de wand van dn mof van die verbinding. Deze laatste uitvoeringsvorm is slechts denkbcar wanneer de mof uit soepel of half stijf materiaal wordt vervaardigd, 15 hetgeen niet uitvoerbaar is bij de beoogde toepassing,

De uitvinding ondervangt de bezwaren van deze oudere verbinding door een verbinding te verschaffen met tenminste twee in hoekrichting ten opzichte van elkaar versprongen tandkransen die aangebracht zijn in cylindervlakken met verschillende straal, zodanig dat in de ingxij-20 pingsstand van de ring en het eerste buisvormige element de tanden dacr-van zonder krachten in elkaar kunnen glijden tot een stand waarin de tanden van elke tandkrans van de ring grijpen tussen die van een corresponderende tandkrans van het eerste buisvormige element om een aantal bajonetconstructies te vormen met gelijktijdige vergrendeling.

25 Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt ook iet hierboven genoemde tweede bezwaar ondervangen van de tot nu toe lekende verbindingsinrichtingen met ringen met gebruikmaking van klem-niddelen die los zijn van de grendelring. Hierdoor kan de waarde van ie voorspanning worden ingesteld zonder wijziging van de totale waarde 30 r*an de hoeksector van aanraking van de tanden.

79059 26 % ·«*. -,fi _ 4 _

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. 1 toont perspektivisch een overzicht van de inrichting volgons de uitvinding voor een verlengingsbuis voor boren op zee; 5 Fig. 2 toont gedeeltelijk de onderdelen van de inrichting in langsdoorsnede in de ontgrendelstand;

Fig. 2A illustreert een eerste variant van de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 en 2;

Fig. 2B toont een tweede variant; 10 Fig. 3A en 3B tonen als uitslag en als langsdoorsnede de ingrij-ping van de elementen van de inrichting en de vergrendeling ervan;

Fig. 4A en 4B zijn twee dwarsdoorsneden van de inrichting volgen* fig., 2 genomen volgens de pijlen AA waarin de vergrendeling van de inrichting wordt geïllustreerd; 15 Fig. 5A tot 5D tonen in langsdoorsnede vier achtereenvolgende stappen van de verbinding van de elementen van de inrichting;

Fig. 6 en 7A tonen de klemming van de inrichting;

Fig. 7B toont hoe de vrijgave van de klemming tot stand gebracht / wordt.

.20 in de tekening, waarin een voorbeeld is weergegeven van de ver- bindingsinrichting volgens de uitvinding voor een stijgkoiom die wordf gebruikt bij de aardolie-exploratie of aardolieproduktie op zee, duiden deverwijzingscijfers 1 en 2 het eerste respectievelijk het tweede buisvormige element aan van de inrichting, die in elkaar steken, welke 25 insteekverbinding begrensd wordt door een axiaal vlak 3, en waarbij de afdichting wordt verkregen door ringen 4 (fig. 2). Door 5 is een element aangeduid van het onderste gedeelte van de stijgkoiom, en door 6 een element van het bovenste gedeelte van deze kolom. De elementen 5 en 6 zijn met een of ander geschikt middel, bijvoorbeeld door lassen, verbonden met de elementen 1 en 2 van de verbindingsinrichting.

790 5 9 26 * ‘ * '« _5 _

Door 7 en 8 zijn verbindingsplaten aangeduid waarmee aan het onderste respectievelijk bovenste gedeelte van de stijgkolom omtreks-lijnen kunnen worden bevestigd zoals de lijnen die aangeduid worden met de-Engelse termen kill line, choke line en booster line, waarmee 5 op klassieke wijze de in de aardoliei.ndustrie gebruikte sti jgkolommen zijn uitgerust. Deze lijnen zijn samengesteld uit secties zoals 9a, 9b, 10a, 10b, die op elkaar aansluiten doordat ze ingestoken zijn in moffen zoals 12 en 13 ter plaatse van de verbindingsinrichting. Deze laatste omvat een grendelring 15 die de uiteinden van de elementen 1 10 en 2 in de insteekstand omgeeft. De vergrendeling en ontgrendeling van de inrichting worden verkregen door draaiing van de ring 15 over een deel van een slag (vergrendeling van bajonettype). Deze draaiing kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd met gebruikmaking van een bedienines-stang 14 (fig. 4A en 4B).

15 De ring 15 heeft een oor 16 dat naar keuze door middel van een pen 19 verbonden kan worden ofwel met een flens 17 die verbonden is met de sectie van de omtrekslijn 9a (in de ontgrendelstand volgens fic. 1), ofwel met een flens 18 die verbonden is met de sectie 10a van de om-trekslijn (in de grendelstand). De verbindingsinrichting omvat verder 20 een klemring 20 die, in het in fig. 2 weergegeven voorbeeld, in de grendelring 15 kan worden geschroefd (met behulp van draad 21 en 22) en ligt door middel van een ringvormige tand 23 tegen een ringvormige kraag 24 van het element 2 om in axiale richting een voorspanning voor de klemming uit te oefenen tussen de buisvormige elementen 1 en 2 van 25 de inrichting wanneer de ring 15 zich in de grendelstand bevindt.

In de in fig. 2A weergegeven uitvoeringsvorm is de klemring 20 3p het element 2 geschroefd (schroefdraad 25 en 26). Verder bevinden zich tussen twee ringvormige verbredingen 27 en 28 de grendelring 15 en de klemring 20.

30 _ Fig. 2B illustreert een andere uitvoeringsvorm waarin de klemring 790 59 26 ; ' - „6 20 door schroeven tegelijk verbonden wordt met de grendelring 15 en met het buisvormige element 2, waarbij de verbinding met de ring 15 tot stand komt door middel van draad 36, 37 met een andere spoed of tegengestelde spoed aan die van het draad 25, 26.

5 De in fig. 2A en 2B weergegeven uitvoeringsvormen vertonen het voordeel dat de ring 20 kan worden gedemonteerd·

Bij de inrichting volgens de uitvinding omvatten het buisvormig s element 1 en de grendelring 15 elk een gelijk aantal tandkransen, welk aantal tenminste gelijk is aan twee. In het weergegeven uitvoe-10 ringsvoorbeeld omvatten ze elk een eerste en een tweede tandkrans, te beginnen bij de uiteinden, die in elkaar grijpen; de eerste krans wordt gevormd door de tanden 1A^, lAg ..·, en de tweede door de tanden 1B.j, IB2 ... voor het buisvormige element 1, en verder de eerste krans gevormd door de tanden 15A|, 15A2 ... en de tweede krans gevormif 15 door de tanden 15B^, 15B^ ·.· voor de grendelring 15 (fg. 3A).

Deze tanden zijn in de kransen ten opzichte Van elkaar versprong|en en ze bevinden zich binnen cylindervlakken met verschillende straal (stralen r en R voor de eerste en tweede tandkrans van het element 1, straal R' en r' voor de eerste en tweede tandkrans van de grendelring 20 15, fig. 2). De straal R' is iets groter dan de straal r, zodat de tanden 15A^, 15A2 ... van de eerste krans van de grendelring 15 kunnen glijden en eventueel vrij draaien op de tanden 1A|, lAg ... van de eerste krans van het element 1 (fig. 3A en 5A).

Overigens werken de tanden 15A|, 15Ag 15A van de eerste krars 25 van de ring 15 samen met de tanden 1Bj, IB2 .·· 1B ... van de tweede krans van het element 1 om een eerste systeem te vormen dat werkt als bajonetsluiting, en de tanden 15B^, TSBj ... 15$ ... van de tweede krans van de ring 15 werken samen met de tanden 1A^, lAj ... IA van de eerste krans van het element 1 om een tweede bajonetverbindings- 30 systeem te vormen.

790 5 9 26 _ 7 _ * * :*

Elk van deze bajonetaansluitsystemen maakt het mogelijk zeker te stellen dat tussen tanden van het element 1 en tanden van de grendel· ring 15 een contact ontstaat over een totaal omtreksvlak in de orde van 175°» Omdat deze twee verbindingssystemen over een hoek om de as 5 van de inrichting ten opzichte van elkaar verschoven zijn, maakt de inrichting volgens de uitvinding het dus mogelijk om de axiale belastingen te verdelen over ongeveer 350° om de hartlijn.

Hierna zal een beschrijving worden gegeven van de ingrijping van de elementen van de verbindingsinrichting, de vergrendeling van 10 de ring 15, en het tot stand brengen van de klemvoorspanning met behulp van de ring 20.

Fig. 3A toont, gedeeltelijk als uitslag en gedeeltelijk als langsdoorsnede, de grendelring 15 en het buisvormige element 1 van de inrichting alvorens de ring op dit element wordt geplaatst.

15 De ingrijping van de ring 15 wordt geïllustreerd door fig. 5A, waar men de tanden 15A^, 15A2 ... ziet van de eerste tandkrans van de ring die over die van de eerste krans van het element 1 gaan (straal R* iets groter dan straal r, fig. 2).

Fig. 5B toont hoe vervolgens de tanden 15A^, 15Ag ... van de 20 eerste krans van de grendelring 15 terecht komen tussen die van de tweede krans 18^, li^ ... van het buisvormige element 1, en hoe gelijktijdig de tanden 15Bj, I5B2 ... van de tweede krans van de ring terecht komen tussen de tanden 1A^, lAg ... van de eerste krans van het element 1, in de hoekstand van het oor 16 die weergegeven is in 25 fig. 1, 2 en 4A.

Deze handeling is beëindigd in de in fig. 5C weergegeven stand, en het is dan voldoende om de ring 15 over een gedeelte van een slag te doen draaien om uit te komen in de in fig. 48 en 5D weergegeven grendelstand. Deze draaiing van de ring 15 tot de stand van fig. 4B 30 kan worden uitgevoerd met behulp van de stang 14 (fig. 4B), terwijl de 790 5 9 26 . ** -Λ - _8 _ ring 15 in die grendelstand gelijktijdig wordt vastgezet met behulp van de pen 19 door het oor van de ring 15 en de flens 18 aan de om-trekslijn 10a.

Oe klemming van de ring 20, tot aan de in fig. 3B en 6 weergegeven 5 stand van de tanden, en de vergrendeling ervan in die stand, kunnen met elk geschikt middel tot stand gebracht worden; een voorbeeld van de klem- en grendelmiddelen is weergegeven in fig* 7A.

In dit voorbeeld heeft de ring 20 aan de omtrek van de bovenzijde een bepaald aantal boringen 29 waarin een aantal wegneembare stiften 10 30 kan worden gestoken (ais alternatief kan ook de ring 20 worden voorzien van een vaste stift). Een drukcylinder 31, waarvan één van de . uiteinden 31a ingericht is om de omtrekslijn 10a te grijpen, doordat hij geplaatst is op een ringvormige verbreding 35 van die lijn, en waarvan het andere einde 3Tb ingericht is om een stift 30 te grijpen, 15 maakt het mogelijk om de klemring 20 aan te schroeven waarbij hij zal worden verdraaid zoals aangeduid door de pijlen in fig. 7A. 0e vijzel 31, die in het fig. 7A weergegeven voorbeeld een greep 32 omvaü, wordt gevoed met fluïdum onder druk door de leiding 33.

Wanneer de ring20 helemaal is opgeschroefd bevindt hij zich in 20 de in fig. 6 weergegeven stand, waarin het ringvormige vlak 23 aanlig : tegen de kraag 24 van het element 2 om in axiale richting door middel . van de tanden van de grendelring 15 en die van het élement 1 een klem*· voorspanning van dit element 1 uit te oefenen tegen het element 2, terwijl de elementen 1 en 2 elkaar ter plaatse van de kraag 3 raken.

25 De ring 20 is voorzien van middelen waarmee hij kan worden vast gezet in die klemstand van de ring 15 en in de niet klemmende stand die hierna wordt genoemd.

In het in fig. 6, 7A en 7B weergegeven voorbeeld omvatten deze middelen een vast met de ring 20 verbonden nok 41 waarop een door de 30 ring 15 gedragen klemorgaan rust, welk orgaan gevormd wordt door een / 730 5926 ' : * , _9 _ zichzelf vastzettende schroef 43 die door een drager 42 steekt·

In de klemstand van de ring 20 drukt de schroef 43 op het vlek 41b van de nok 41, waardoor het wegnemen van de klemming van de ring 20 ten opzichte van de ring 15 wordt voorkomen, terwijl deze laatste, 5 zoals weergegeven in fig. 4A, vastgehouden wordt met behulp van een stift 19 door het oor 16 en de flens 17 die met de omtrekslijn 9a is verbonden.

Voor het wegnemen van de klemming van de ring 20 begint men met het losdraaien van de schroef 43, vervolgens wordt de vijzel 31 ge-10 bracht in de in fig. 7B weergegeven stand waarin hij aanligt tegen de omtrekslijn 9a, waarbij het uiteinde 31a ervan zich dan bevindt op de ringvormige verbreding 34 aan die lijn.

De ring 20 wordt dan losgeschroefd door de vijzel 31 te laten werken in de richting van de pijl in fig, 7B totdat de ring gebracht 15 is in de stand waarin de schroef 43 terecht kan komen in een holte 41<i van de nok 41.

De vastzetting van de ring 20 in deze niet klemmende stand wordt dan verkregen door het aandraaien van de zichzelf vastzettende schroei' 43.

20 De loskoppeling vindt dan plaats door draaiing van de ring 15.

Uiteraard kan de door de ring 20 verkregen klemming tot stand - gebracht worden door andere middelen dan weergegeven in fig. 7A en 7B,

In het bijzonder kan deze klemming in de in fig. 2A en 2B weergegeven uitvoeringsvormen worden verkregen door de werking van een inrichting 25 die los is van de ring 20 en die zorgt voor het tot stand komen van d< voorspanning voor de klemming tussen het element 2 en de grendelring 15 tot de gewenste waarde om hem dan voorlopig te handhaven. De ring 20 kan dan zonder kracht worden opgeschroefd tot in aanraking met de axiale verbreding 24. Onderbreking van de werking van de inrichting die , 30 de voorspanning op de gewenste waarde tot stand brengt is dan voldoence 790 5 9 26 <*. . .·'*· . · _ 10_ - om deze voorspanning te laten overnemen door de ring 20.

In het algemeen zal de vérbirKJIngsinrichting vastzetmiddelen omvatten voor de klemring 20 en de ring 15 ten opzichte van de elemer ten 1 en 2, waarbij een variant van de uitvoeringsvorm volgens fig. 6, 5 7A en 7B bestaat uit het rechtstreeks vastzetten van de klemring 20 met het buisvormige element 2.

y - conclusies - . i * 79059 26

Claims

1. Verbindingsinrichting met draaiende ring, omvattend twee in elkaar stekende buisvormige elementen met een axiale verbreding, waarbij een grendelring grijpt in het eerste van deze buisvormige elementen om een bajonetsluiting te voimen waarin tanden aan de ring samenwerkei 5 met corresponderende tanden aan het eerste buisvormige element, en waarbij middelen aanwezig zijn die aandrukken tegen het tweede buisvormige element om in axiale richting een klemvoorspanning van de twee buisvormige elementen uit te oefenen door middel van de tanden aan de grendelring, en waarbij het eerste buisvoimige element en de 10 grendelring elk tenminste twee tandkransen omvatten die in hoekrichti ig ten opzichte van elkaar verspringen, met het kenmerk dat deze tanden liggen binnen cylindervlakken met verschillende straal, zodanig dat in de ingrijpingsstand van de ring en het eerste buisvormige element de tanden ervan zonder kracht ten opzichte van 15 elkaar kunnen glijden tot in een stand waarin de tanden van elke tandkrans van de ring in ingrijping zijn tussen die van een corresponderende tandkrans van het eerste buisvormige element om een aantal bajonetsluitingen te vormen met gelijktijdige vergrendeling.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk 20 dat de middelen die de klemvoorspanning uitoefenen afzonderlijk zijn van de klemring.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de genoemde middelen gevormd worden door een klemring.

4. Inrichting volgens conclusie 3, m e t het kenmerk' 25 tfat de klemring door schroefdraad verbonden wordt met de grendelring 790 5 9 20 ' _ 12_ en aandrukt tegen een ringvormige verbreding van Het tweede buisvormig< element·

5. Inrichting volgens conclusie 3, me t He t k e n m er k dat de klemring door schroefdraad verbonden is met het tweede buis-5 vormige element en voorzien is van een ringvozmige schouder voor het aanhaken van een corresponderencb ringvormige schouder van de grendelring. 6» Inrichting volgens conclusie 3, me t het kenmerk dat de klemring door een eerste schroefdraad verbonden is met het eerste buisvormige element en door een tweede schroefdraad met de grer-10 delring. 7* Inrichting volgens conclusie 3, m e t het k e n m e r k dat deze voorzien is van middelen voor het vastzetten van de klemring en van de grendelring ten opzichte van de buisvormige elementen*

8, Inrichting volgens conclusie 7, bestemd voor een stijgkolom 15 voor de exploratie of produktie van aardolie op zee, voorzien van om» trekslijnen die verbonden zijn met de buisvormige elementen, m e t h e t k e n m e r k dat de inrichting middelen omvat voor het , /astzetten van de grendelri ng in de grendel stand door die ring te verbinden met een eerste omtrekslijn, en middelen voor het vastzetten 20 /an de ring in de ontgrendelde stand door die ring te verbinden met een tweede omtrekslijn» ?, Inrichting volgens conclusie 8, m e t h e t k e n m e r c dat deze voorzien is van middelen voor de onderlinge vastzetting van de klemring en de grendelring. 790 5 9 26 _ 13 _

10. Inrichting volgens conclusie 9, m e t het kenmerk dat de genoemde vastzetmiddelen twee organen omvatten die vast verbonden zijn met elk van de respectieve ringen, waarbij één van deze organen een blokkeerschroef is en de andere een nok 5 vormt waartegen de schroef kan worden aangedraaid·

11. Inrichting volgens conclusie 9, m e t het kenmerk dat deze voorzien is van middelen voor het vastzetten van de klemring en het tweede buisvormige element. v 790 5 9 26