NO161767B - Elektrisk koblingsanordning for undervannsbroenn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrisk koblingsan-

ordning i et undervanns brønnhode for krafttilførsel til en motor som driver en neddykket brønnpumpe, omfattende et koaksialt sylindrisk hannelement som er forbundet med en rørstreng ved hjelp av et ringformet element som er forsynt med i det minste én åpning for gjennomstrømning av brønn-

produkt, hvilket hannelement på sin sylindriske ytterflate har en flerhet adskilte ringformede elektriske kontakter som ved hjelp av isolerte elektriske ledninger i hannelementets legeme og hengerkoblingen er forbundet med lederne i en kabel som fører til en elektrisk motor som driver brønnpum-

pen, og et sylindrisk klokkeformet hunnelement som er inn-

rettet til å gli langs hannelementet og som omfatter en flerhet elektriske kontakter innrettet til å hvile mot de ringformede kontakter på hannelementet, hvilke kontakter ved hjelp av isolerte elektriske ledninger i hunnelementets legeme og i et forlengelseselement av hunnelementet er for-

bundet med enden av en elektrisk kabel som fører til en elektrisk kraftkilde.

Det er allerede kjent å benytte brønnhoder på sjøbunnen for produksjon og gjenvinning på overflaten av eruptive produk-

ter. Under dagens forhold er det nødvendig å utvikle margi-

nale reserver, enten fordi de ikke er eruptive, eller fordi reservoarets karakteristiske egenskaper er slik at det kun gir tilstrekkelig produksjon dersom løfte-energi benyttes.

I begge tilfeller er det nødvendig enten å lette væskesøylen

ved injeksjon av gass nær produksjonsnivået, eller å benytte pumpemidler.

Ekstraksjon ved hjelp av en neddykket elektrisk sentrifugal-

pumpe gir mulighet for betydelig produksjon, hvilket er et-tertraktet ved undervannsproduksjon, men det gir vanskelig-

heter med tetning av koblingen for de elektriske ledninger på brønnhodenivå.

En elektrisk koblingsanordning av den innledningsvis nevnte

type er kjent fra US-PS nr. 3 378 811. Denne kjente kobling sitter langt nede i brønnen og lar seg derfor ikke trekke

opp dersom det skulle blir behov for raskt å stenge brønnen. Koblingens hunndel er fylt med fett for å beskytte de elektriske kontakter før sammenkoblingen skjer, og dette fett må presses ut gjennom en åpning ved den øvre ende av hunnelementets hulrom. Dette står derfor i realiteten i kontinuerlig kontakt med omgivelsene i brønnen og vil således kunne påvirkes av disse.

Videre er det fra US-PS nr. 3 753 206 kjent en elektrisk kobling som sitter helt nederst i et produksjonsrør. Gjennom produksjonsrøret kan det føres ned en pumpem hvis motor kan tilføres strøm gjennom koblingen. Her er poenget at motoren og pumpen kan trekkes opp for eventuell reparasjon eller vedlikehold uten at produksjonsrøret blir berørt, men det foreligger ingen muligheter for raskt å stenge brønnen.

US-PS nr. 3 926 269 viser strømtilførsel gjennom en bore-streng. Her er det nødvendig med koblinger i hver borerør-lengde, dvs. for hver 10. meter. Heller ikke her gis det mulighet for rask lukning av brønnen uten å skade utstyr som forløper gjennom brønnhodet, og heller ikke er det vist noen spesiell beskyttelse av koblingene.

Det er også tidligere kjent systemer for kabelopphengte pumper, f.eks. som vist i US-PS nr. 4 003 428. Her er brønn-hodet meget komplisert, og opphengningshodet må orienteres meget nøyaktig både aksialt og angulært for at koblingsan-ordningens kontakter skal kunne føres sammen. Videre fjer-nes hektehodet på nedføringsverktøyet etter montering, slik at man ikke har midler til å heve opphengningshodet og ut-styret opphengt i dette dersom det blir nødvendig å stenge brønnen. Opphengningshodet har ingen gjennomløpspassasje for brønnproduket, og dette må derfor tas ut på et lavere nivå med derav følgende behov for sikringsventiler på dette nivå.

Det er også kjent koblinger for styreledninger for utstyr som er anbragt på sjøbunnen, f.eks. fra US-PS nr. 4 117 287. Her det ikke tale om tilkobling til utstyr som befinner seg nede i brønnen, men på utsiden av denne, i realiteten på ut-

siden av stigerøret ganske nær overflaten.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en elektrisk koblingsanordning av den innledningsvis nevnte type som ikke er beheftet med ovennevnte mangler og ulemper. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at forlengelseselementet har en sylindrisk ytterkontur med en diameter som er klart mindre enn diameteren av en innvendige passasje i nedre og øvre stoppventilanordninger, nedre og øvre hydrauliske koblinger og en produksjonskobling i brønnhodet, idet kjever av den øvre stoppventil kan lukke mot nevnte ytterkontur, og at hannelementet er forbundet med en hengerkobling for rørstr.engen som befinner seg like under den nedre stoppventilanordning.

Ved hjelp av denne koblingsanordning kan brønnen lett og raskt la seg stenge på en betryggende måte dersom dette skulle bli nødvendig. I så fall er det kun nødvendig å trekke forlengelseselementet med koblingens hunnelement opp et ganske kort stykke for å gi stoppventilens ventillegemer fri passasje for effektiv stengning av brønnen. Den øvre stoppventil har ventillegemer eller kjever som er tilpasset konturene av forlengelseselementet, slik at kjevene kan lukke rundt ventilelementet. Man får derved også på dette punkt en stengevirkning.

Skulle det være nødvendig å stenge brønnen før man rekker å trekke forlengelseselementet og hunnelementet opp forbi den nedre stoppventil, kan man allikevel lukke den øvre stoppventil, men ikke med større kraft enn at forlengelseselementet kan trekkes opp med glidepasning mellom kjevene. Tetningen på dette punkt blir allikevel relativt god, og når forlengelseselementet er trukket langt nok opp til at hunnelementet har passert den nedre stoppventil, kan denne lukkes og effektivt stenge brønnen.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de uselvstendige krav og av følgende beskrivelse av det utførelseseksempel som er vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 viser skjematisk en brønn forsynt med en neddykket elektrisk pumpe. Fig. 2 viser skjematisk et partielt snitt av et brønnhode forsynt med elektriske ledninger og en koblingsanordning.

Fig. 3 viser et snitt langs linjen A-A på fig. 2.

Fig. 4 viser skjematisk et hunnelement i koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen.

Den elektriske koblingsanordning utgjøres av elementer av en hengerkobling 3 innrettet for denne funksjon. Denne hengerkobling 3 strekker seg mot toppen av et forlengelseselement 9 hvis sylindriske ytterflate har en diameter som klart er mindre enn den innvendige diameter av den indre passasje i nedre 4 og øvre 7 stoppeventilanordninger, såvel som nedre 5 og øvre 8 hydrauliske koblinger og en produksjonskobling

6. Dette forlengelseselement inneholder forskjellige elektriske, hydrauliske og trykkgassledninger som på den ene side møtes ved hengerkoblingen 3 og på den annen side ved koblinger plassert ved den øvre ende av dette koblingselement 9 slik at disse koblinger er plassert over den øvre hydrauliske kobling 8. Fra disse koblinger på den øvre ende av

elementet 9 er det vist en elektrisk kabel 10, en hydraulisk kontrolledning 11 og en injeksjonsledning for nøytralgass 12.

For at koblingene til disse forskjellige kabler og ledninger skal være plassert over den hydrauliske kobling 8 og være forsynt med midler for å sikre perfekt tetning av det innvendige ringformede rom i den hydrauliske kobling 8 mot det eksterne medium, er det nødvendig at elementet 9 består av et basiselement 9a i ,ett med koblingen 3 og forlengelsen, og at en flerhet elementer såsom 9b, 9c er plassert over hver-andre og hermetisk integrert slik at høyden av sammenstil-lingen er justert i forhold til høyden av stabelen av anord-ninger 4, 5, 6, 7.

Dette forlengelseselement 9, som er tettet, vil på den ene side isolere kablene og ledningene som det inneholder i forhold til det omgivende medium, og på den annen side vil kjevene i den øvre stoppventil 7 kunne lukke mot for-lengelseselementets ytre omkrets .

Kjevene av den nedre stoppventil 4 er innrettet til å sikre tettende lukking etter tilbaketrekking oppad av den tilbake-trekkbare del av koblingen 3.

Brønnhodet 2 strekker seg over en brønn 13, som er avgrenset av en foring 14 som er sementert på plass og perforert på produksjonsnivået (ikke vist).

Hengerkoblingen 3 er gjengeforbundet med rørstrengen 15, ved hvis nedre ende er anbragt en elektrisk motor som driver en pumpe 17, hvilken motor 16 er adskilt fra pumpen 17 ved hjelp av en innsugningssil 18.

Den trefasede elektriske kabel 10 strekker seg fra plattfor-men plassert over vannflaten til koblingsanordningen plassert i hengerkoblingen 3, hvorfra den er forlenget til motoren 16 ved hjelp av en elektrisk kabel 19 som er festet ved hjelp av kraver til utsiden av rørstrengen 15.

I andre utførelser, ikke vist, kan den elektriske kabel 19 være plassert i godset i hylsteret for et fleksibelt rør såsom slike som benyttes for fleksi-boring.

Fig. 2 er en skisse som viser gjennomføring i et brønnhode av elektriske ledninger ved hjelp av en koblingsanordning.

En slik koblingsanordning omfatter et koaksialt sylindrisk hannelement 20 på en hengerkobling 3 for rørstrengen 15 i brønnhodet 2, og et hunnelement 21 som omslutter det sylindriske element 20.

Hannelementet 20 er festet til hengerkoblingen 3 ved hjelp av en ringformet ring 23, som er forsynt med tre åpninger 24 for gjennomstrømning av brønnprodukt. Hannelementet bærer på

sin sylindriske omkrets tre ringformede, adskilte elektriske kontakter 25, 26, 27. Disse kontakter er ved hjelp av isolerte elektriske ledere gjennom hannelementets 20 legeme og hengerkoblingen 3 forbundet med lederne i en kabel 19

som fører til den elektriske motor 16 som driver den ned-dykkede pumpe.

Hunnelementet 21 har form av en sylindrisk klokke, som har

en innvendig diameter som er litt større enn ytterdiameteren av det sylindriske hannelement 20, og klokken omfatter tre ringformede elastiske elektriske kontakter 28, 29, 30 som er innrettet til å hvile mot de tilsvarende ringformede elektriske kontakter 25, 26, 27 på hannelementet som har samme innbyrdes avstand. Disse kontakter 28, 29, 30 er ved hjelp av isolerte elektriske ledninger, ikke vist, som forløper i hunnelementets 21 legeme og deretter i en stang 9 som utgjør et koaksialt forlengelseselement av hunnelementet 21, forbundet med enden av en elektrisk kabel som fører til termi-nalene på en elektrisk kraftkilde, ikke vist.

Dette forlengelseselement 9 er forsynt med et rør 31. Dette forbinder en åpning 32 i bunnen 33 av den sylindriske klokke med en rørledning som fører til et forråd av nøytralgass under trykk, ikke vist.

Hunnelementet 21 er på nivå med bunnen 33 av klokken forsynt med ekstra tykkelse i form av en ringformet ring 34, som har en sylindrisk ytre omkrets og er innrettet til å gli inne i hengerkoblingen 3 for rørstrengen. Denne ekstra tykkelse i form av en ringformet ring 34 omfatter tre åpninger såsom 35 for gjennomstrømning av brønnprodukt.

Hunnelementet 21 omfatter på hver side av gruppen av elektriske kontakter 28, 29, 30 tetningsringer 36 og 37 i kontakt med hannelementet 20.

Den ekstra tykkelse 34 har en munning for en kanal 38 som

strekker seg til enden av forlengelseselementet 9, hvor den er koblet til en hydraulisk ledning 11 vist på fig. 1. Åp-

ningen 39 er på den annen side tettende forbindbar med åp-

ningen 4 0 av en kanal 41 som er anordnet i det ringformede legeme av hengerkoblingen 3 og som fortsettes av en hydrau-

lisk ledning 42, som ved hjelp av kraver er festet langs rør-strengen 15 og som fører til en lukkemekanisme, ikke vist,

som aktiviseres av hydraulisk fluid.

Munningen 40 av røret 41 er plassert i et ringformet spor

43 som er skåret inn i den sylindriske innvendige omkrets av koblingen 3. Den ekstra tykkelse 34 omfatter på hver side av munningen 39 tetningselementer 44 og 45 for tetting av forbindelsen mellom munningene 39 og 40 uansett hannelemen-

tets 20 stilling i forhold til hunnelementet 21.

Fig. 3 viser et snitt langs linjen A-A på fig. 2 gjennom hunnelementet 21. Denne figur viser munningen 35 for pro-duktpassasjen og det sirkulære tverrsnitt av den sylindriske klokke 22 som det sylindriske hannelement 20 glir i. Fig. 4 viser hunnelementet 21 i koblingsanordningen. Hunnelementet 21 er isolert før det posisjoneres under sammenkoblingen.

Hunnelementet 21 definerer en sylindrisk klokke 21 på hvis

indre omkrets det er plassert tre ringformede kontakter 28,

29 og 30 samt tetningsringer 36 og 37.

Fig. 4 viser den ringformede utvidelse 34 ved bunnen 33 av klokken 22, hvilken utvidelse 34 omfatter tre åpninger 35

for passasje av brønnproduktet.

Den sylindriske klokke har ved bunnen en åpning 4 6 som er for-

synt med en beskyttelsesmembran 47 som kan gjennomtrenges av

hannelementet 20.

Hannelementet 20 plasseres i hengerkoblingen 3 for rørstreng-en i brønnhodet.

Når hunnelementet 21 senkes, vil den sylindriske klokke 22 være fylt med inert gass hvis trykk justeres kontinuerlig, idet klokken er isolert fra det omgivende medium, f.eks. et avslutningsfluid, ved hjelp av en membran 47.

Nedsenkning av hunnelementet 21 utføres uten hensyn til dettes posisjonering. Ingen posisjonering eller merking er nødven-dig for sammenkobling av elementene 20 og 21.

Når hannelementet trenger inn i klokken 22, brister membranen 47, og umiddelbart vil trykktilførselen via kanalen 31 og den nedre tetningsring 37 ha en samvirkende effekt for å for-hindre forurensning av de elektriske kontakter 28, 29 og 30 av det omgivende medium.

Elementet 20 glir inne i klokken 22 inntil den elektriske kontakt er oppnådd. Når denne stilling er nådd vil også de hydrauliske kanaler 38 og 42 være sammenkoblet.

Når sammenkoblingen er fullført vil det være mulig til enhver tid å lukke den øvre stoppventil 7 fordi dennes kjever har en kontur som er innrettet til å lukke rundt den utvendige kontur av forlengelseselementet 9. Etter frakobling, når hunnelementet 21 er hevet tilstrekkelig, kan den nedre stoppventil 4 aktiviseres for således å sikre fullstendig lukking av brønnhodet.

Anordningen ifølge oppfinnelsen sikrer, under best mulige tetnings- og isolasjonsforhold, sammenkoblingen av overfør-ingsledninger for elektrisk kraft, spesielt for tilførsel til en motor som driver en neddykket brønnpumpe. En slik anordning kan også benyttes for tilførsel av elektrisk kraft til en hvilken som helst motor i et brønnhode, f.eks. en motor plassert på en produksjons- eller behandlingsinstallasjon plassert på sjøbunnen.

Claims (3)

1. Elektrisk koblingsanordning i et undervanns brønn-hode for krafttilførsel til en motor (16) som driver en neddykket brønnpumpe (17), omfattende et koaksialt sylindrisk hannelement (20) som er forbundet med en rørstreng (15) ved hjelp av et ringformet element (23) som er forsynt med i det minste én åpning (24) for gjennomstrømning av brønnprodukt, hvilket hannelement på sin sylindriske ytterflate har en flerhet adskilte ringformede elektriske kontakter (25-27) som ved hjelp av isolerte elektriske ledninger i hannelementets (20) legeme og en hengerkobling(3), er forbundet med lederne i en kabel (19) som fører til den elektrisk motor (16) som driver brønnpumpen (17), og et sylindrisk klokkeformet hunnelement (21) som er innrettet til å gli langs hannelementet (20) og som omfatter en flerhet elektriske kontakter (28-30) innrettet til å hvile mot de ringformede kontakter (25-27) på hannelementet (20), hvilke kontakter (28-30) ved hjelp av isolerte elektriske ledninger i hunnelementets (21) legeme og i et forlengelseselement (9) av hunnelementet er forbundet med enden av en elektrisk kabel som fører til en elektrisk kraftkilde, karakterisert ved at forlengelseselementet (9) har en sylindrisk ytterkontur med en diameter som er klart mindre enn diameteren av en innvendige passasje i nedre (4) og øvre (7) stoppventilanordninger, nedre (5) og øvre (8) hydrauliske koblinger og en produksjonskobling (6) i brønnhodet, idet kjever av den øvre stoppventil (7) kan lukke mot nevnte ytterkontur, og at hannelementet (20) er forbundet med hengerkoblingen (3) for rørstrengen (15) som befinner seg like under den nedre stoppventilanordning (4).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at forlengelseselementet (9) i sitt legeme omfatter en kanal (31) som forbinder en åpning (32) i bunnen (33) av den sylindriske klokke (22) i hunnelementet (21) med en rørledning (12) som fører til et nøytralgass-forråd under kontrollert trykk, og at munningen (46) av klokken (22), som i og for seg kjent, før sammenføyning med hannelementet (20), er lukket av en beskyttelsesmembran (47) .

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forlengelseselementet (9) er forsynt med en kanal (38) for hydraulisk fluid som munner ut i ytterveggen av hunnelementet (21) og er forbindbar med en kanal (41) i et ringformet legeme som inngår i hengerkoblingen (3).