NO178804B - Overflatestyrt system for utskifting av en innstikksenhet i en innstikksventil montert på et ventiltre i et undervannsproduksjonsanlegg, samt fremgangsmåte for utskifting av innstikksenheten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et oyerflatéstyrt system for utskifting av en innstikksenhet i en innstikksventil montert på et ventiltre i et undervannsproduksjonsanlegg for olje og gass, samt en fremgangsmåte for utskifting av innstikksenheten. Slike undervanns produksjonssystemer kalles ofte for SPS, som er en forkortelse for Submerged Production System. For å beskrive oppfinnelsen i sin rette sammenheng, skal det først gis en kort beskrivelse av det tekniske område hvor oppfinnelsen kommer til anvendelse. Omradet er bl.a. beskrevet i STU-information nr. 118-1979, Offshore, av J. Palmer og L. Edstrøm.

Det hull som bores i havbunnen for olje- og gassproduksjon, bygges opp ved hjelp av et antall foringsrør som gyses fast til de ulike sedimenter i en forutbestemt avstand og med avtagende hulldimensjoner fra havbunnens flate og ned mot de største dypene.

På havbunnen og rundt foringsrørets åpning festes en anordning, kalt brønnhode, som danner fundament for den bunnbaserte delen av undervannsproduksjonssystemet.

Inne i foringsrøret plasseres produksjonsrørene som skal lede de vanligvis flerfasige fluidene opp til overflaten. Disse fluider kan bestå av faste partikler, olje, vann og gass.

På fundamentet og rundt produksjonsrørene monteres en hovedsakelig rørformet konstruksjon som bl.a. understøtter ventiler forbundet med produksjonsrøret. Ventilene er innrettet for strømningskontroll av de ulike fluidene. Denne konstruksjonen kalles ventiltre (egentlig Christmas tree) fordi den rørformede konstruksjonen kan opptattes som en stamme og de utstående ventilene som grener.

På fundamentet og rundt ventiltreet plasseres annen undervannsbasert produksjons-utrustning som til sammen utgjør produksjonstreet. Dette består bl.a. av føringsstolper med føringsliner for føring og posisjonering av tilleggsutrustning av ulike slag. Tilleggsutrustningen omfatter manøvrerings-, styre- og hjelpeutrustning for ventiler, sikkerhetssystem av ulike slag m.m.

Det er selvfølgelig svært viktig at de ventiler som benyttes for å styre de ulike produksjonsstrømmene er inntakte. Ventilene arbeider dog under vanskelige forhold, både når det gjelder selve fluidene og når det gjelder selve omgivelsene. For å sikre fullgod funksjon må de kunne repareres, eventuelt må man kun bytte ventildeler som ikke fungerer. Ventilene utføres derfor som regel slik at de har vitale deler innebygd i en utskiftbar innstikksenhet. Ved utskifting må først den angjeldende innstikksenhet som ikke fungerer tas løs fra sitt ventilhus, hvoretter en ny innstikksenhet monteres i ventilhuset. For å sikre tilfredsstillende tetning mellom ventilhus og innstikksenhet påføres relativt høye tiltrekkingsmomenter på den mutter - som regel en kronmutter - som holder sammen ventilhuset og innstikksenheten. Ved løsgjøring av innstikksenheten er det normalt nødvendig med et minst like høyt løsgjøringsmoment.

Ettersom et ventiltre omfatter flere ventiler med innstikksenheter som det kan være nødvendig å skifte ut, må det verkstøy som skal tilveiebringe løsgjøring henholdsvis fasttrekking av kronmutteren kunne posisjoneres mot aktuell ventil. Det er også ønskelig at verktøyet skal kunne fjernmanøvreres for plassering og utførelse av arbeidet.

Ett eksempel på en anordning for posisjonering av verktøy for bytte av innstikksenheter er gitt i det tidligere nevnte STU-skriftet. Oljeselskapet Exxon har i sitt SPS-system en manipulator som kan beveges på et skinnesystem forankret i brønnhodets omgivende stålstruktur. Forflytningen rundt i produksjonstreet og tilhørende rørsystem skjer ved hjelp av en tannstang. Posisjoneringen er fjernmanøvrert og skjer bl.a. ved hjelp av TV-og videokameraer.

Forankret i og innebygd i manipulatoren finnes momentavgivende anordninger dels for løsgjøring henholdsvis fasttrekking av den kronmutter som fester ventilens innstikksenhet til ventilhuset og dels for inn- og utskruing av innstikksenheten. Grunnen til at det er ulike momentavgivende anordninger for å tilveiebringe løsgjørings- henholdsvis fasttrekkingsmomenter og inn- og utskruingsmomenter er at det er svært stor forskjell på disse to momentbehov. Det høye løsgjørings- og fasttrekkingsmoment i Exxons konstruksjon, som frembringes i nevnte manipulator, tilveiebringes ved at to hydraulmanøvrerte stempelstenger får virke mot to forhøyninger på en roterbar ring som er i inngrep med og som omgir kronmutteren. Inn- og utskruingsmomentet i Exxons manipulator tilveiebringes ved hjelp av en snekkerskrue som er i inngrep med utvendige spor (splines) på den omtalte roterbare ring.

Problemet med slike og lignende konstruksjoner som Exxons er flere. Manipulatoren, inkludert momentavgivende anordninger samt anordninger for posisjonering, utgjøres av store og uformelige konstruksjoner som kan veie opp til flere titalls tonn. Den høye vekten medfører at manipulatoren må være bunnbasert og at forflytning må skje på en eller annen form for skinnesystem. Også tilhørende tannstangskonstruksjon for forflytning krever en kraftig dimensjonering, noe som også gjelder posisjoneringens effektbehov. Den momentavgivende anordning for løsgjøring henholdsvis fasttrekking av ventilens kronmutter har også en begrenset dreiebevegelsésmulighet. At det er nødvendig med to ulike momentavgivende anordninger for å få løs innstikksenheten må også oppfattes som en lite vellykket løsning.

Det har derfor i lang tid vært et behov for lette og enkelt håndterbare konstruksjoner, bedre momentavgivende anordninger etc. for å forenkle arbeidet ved utskiftning av innstikksenheter i ventiler som anvendes ved SPS-system for olje- og gassproduksjon.

Arbeidet med bygging av innstikksenheter hos ventiler som anvendes ved olje- og gassutvinning i samsvar med foreliggende oppfinnelser omfatter en sekvens av operasjoner som forutsetter at visse mekaniske anordninger finnes tilgjengelige. Noen av disse utgjør allment tilgjengelige mekaniske konstruksjoner.

Oppfinnelsen er basert på anvendelse av en modifisert versjon av en manipulator produsert av Deep Ocean Technology Inc., USA, beskrevet blant annet i deres brosjyre "Bandit", revidert oktober 1984, og i ASEAs brosjyre "The Bandit - a working Machine for drilling Support". Dette er en lettvekts manipulator som ikke behøver å være stasjonert på havbunnen. Ved hjelp av en løfteline fastspent i manipulatoren kan den senkes til havbunnen og løftes opp til havflaten. V.h.a. føringsliner forankret på bunnen som fungerer som skinner føres manipulatoren via føringshylser montert på manipulatoren mot en forutbestemt plass på brønnhodet når manipulatoren senkes ned. På denne forutbestemte plass skal det finnes i det minste to føringsstolper som kan være spesielt innrettet for manipulatoren, eller det kan være føringsstolper som inngår i produksjonstreet for øvrig.

Manipulatoren skal ifølge oppfinnelsen være montert på en bjelke som i hver ende har føringsspor for å omslutte de føringsstolper som de føres mot av føringslinene.

Innebygd i manipulatoren finnes en vogn som bl.a. understøtter det verktøy - en mutterdrager - som anvendes for løsgjøring henholdsvis fasttrekking av ventilens kronmutter. Manipulator med vogn, verktøy etc. skal, med utgangspunkt fra de aktuelle føringsstolper plasseres på en slik måte at verktøyet både i sideretning og i høyderetning tilnærmet kommer rett foran og midt imot den ventil som skal byttes ut. Dette kan hensiktsmessig skje ved sideveis montering av manipulatoren på den tidligere nevnte bjelke og ved at det på føringsstolpene plasseres distansehylser slik at tilnærmet rett høyde over ventiltreet oppnås.

På manipulatoren er det også montert en fjernopererbar teleskoparm. Etter at manipulatoren er tilnærmet rett plassert ifølge den beskrevne fremgangsmåte, føres teleskoparmen frem mot og festes ved hjelp av en hake på armen mot en ansats på ventiltreet. Teleskoparmen kan nå belastes. Den omtalte vogn med verktøy for påføring av moment på ventilens kronmutter forflyttes nå på teleskoparmen frem mot aktuell ventil.

For at verktøyet skal kunne entre ventilens kronmutter, kreves en nøyaktig posisjonering av dette. På vognen er det derfor også, foruten det momentavgivende verktøy, to eller flere anordninger for eksakt posisjonering, tilbaketrekking og fastholding av verktøyet. En hensiktsmessig anordning for utførelser av disse operasjoner er beskrevet i den samtidig innleverte patentsøknad nr. 874381 med tittel "Tilbaketrekkende, opprettende og fastholdende anordning", nå norsk patent nr. 164887.

En slik anordning kan bestå av en mekanisme med et symmetrisk flerdelt fingergrep, innfestet i en hylse som påvirkes av en motordrevet skrue, og som styres mot en kamform med en indre og en ytre konus. Ved fingerbevegelse mot ventiltreet åpnes fingergrepet slik at det gaper tilstrekkelig til å komme over en inndragingskonus som sitter på ventiltreet. Ved å snu fingerbevegelsen fra ventiltreet oppnås først en hovedsakelig radiell bevegelse av fingergrepet før det griper bak inndragingskonusen. Deretter oppnås en hovedsakelig aksiell bevegelse, hvorved en inngående inntrekkings-trakt i anordningen trekkes mot konusen, som etter ytterligere bevegelse tvinges mot traktens innerste del. Derved oppnås eksakt posisjonering og fastholding av opprettingsanordningene og det til disse anordninger festede momentavgivende verktøy.

Ettersom verktøyet for påføirng av moment på ventilens kronmutter nå er korrekt posisjonert, kan denne del av utskiftingsprosedyren begynne. Et hensiktsmessig verktøy for utførelser av utskiftingsprosedyren kan omfatte en i et lagerhus roterbar ring med innvendige spor (splines) for inngrep med kronmutterens spor (splines) dg med utvendige spor (splines) for inngrep med diametralt motstående drivanordninger for den roterende bevegelse. Ettersom dette verktøyet er festet mot ventiltreet via opprettingsanordningene, kommer ikke teleskoparmen til å belastes med noen mekaniske påkjenninger i forbindelse med kronmutterens løsgjøring eller fasttrekking.

Etter at innstikksenhet med kronmutter er frigjort fra ventilhuset, åpnes opprettingsanordningene og vogn med verktøy, opprettingsanordninger og frigjort innstikksenhet føres ut til manipulatoren hvilende på teleskoparmens ansats.

Den videre utskiftirigsprosedyre kan bestå i at manipulatoren løftes mot overflaten for avlevering av den ikke fungerende innstikksenhet og fastspenning av en ny innstikksenhet i verktøyet. Alternativt kan det i manipulatoren være lagret en innstikksenhet som fungerer og som ved hjelp av gripearmer i manipulatoren plasseres i verktøyet. Monteringsprosedyren for å få den nye innstikksenhet på plass omfatter de samme sekvenser som allerede er beskrevet når det gjelder teleskoparm, fremkjøring av vogn, oppretting og fastholding av verktøy, momentutvikling m.m.

Oppfinnelsen er definert i kravene, til hvilke det vises.

Det overflatestyrte system og fremgangsmåten for utskifting av en innstikksenhet skal beskrivés under henvisning til den medfølgende eneste tegningsfigur.

I det viste eksempel sitter to innstikksventiler 22 og 23 med respektive kronmuttere 24 og 25 samt innstikksenheter 26 og 27 på et ventiltre 17. Videre viser figuren en manipulator 1 med teleskoparm 15, 16, en vogn med tilbaketrekkende, opprettende og fastholdene anordninger 32, 33 og 34, samt et momentavgivende verktøy 31.

Den prinsipielle oppbygging av manipulatoren 1 som oppfinnelsen er basert på fremgår av den medfølgende figur. Den består av en parallellepipelignende rammekonstruksjon

som er hev- og senkbar vha. en overflatebasert tromme 2 og en løftekabel 3, innfestet i manipulatorens øvre parti. Via føringsliner 4 og 5 som fungerer som skinner som løper i hver sin føringshylse 6 og 7 innfestet på manipulatoren, føres denne mot en, avhengig av hvilken ventil som skal repareres, forutbestemt stilling på brønnhodet.

Manipulatoren er fastmontert på en bjelke 8 med føringsspor 9 og 10 for omslutning av føringsstolpene 11 og 12. Manipulatoren kan posisjoneres i høyderetning ved hjelp av distansehylser 13 og 14 på føringsstolpene og i sideretning via sideforskyvning før fastmontering på bjelken.

Manipulatoren omfatter en fjernmanøvrerbar teleskoparm 15 og 16 som kan føres frem mot en ventiltre 17. Forskyvbart på teleskoparmen finnes en vogn 18 som av illustra-sjonsmessige hensyn er vist frittstående fra armen. Vognens opphengnings- og leddanordning i teleskoparmen utgjøres av en skinne 19 plassert på vognens overside. Som omtalt i forbindelse med formålet for oppfinnelsen føres teleskoparmen mot ventiltreet mens vognen sitter på plass i manipulatoren. Plasseringen av manipulatoren på det forutbestemte sted relativt en aktuell ventil, tillater nå at én hake 20 på teleskoparmens spiss kan bringes i inngrep med en ansats 21 på ventiltreet.

I det viste eksempel ifølge figuren understøtter ventiltreet i det minste to ventiler 22 og 23 med kronmuttere 24 og 25 samt utbyttbare innstikksenheter 26 og 27. Ventiltreet er fastmontert på brønnhodet, hvilket også gjelder for fire føringsstolper som hører til SPS-systemet. I figuren vises tre av føringsstolpene 28, 29 og 30. Disse føringsstolper kan i enkelte utførelsesformer erstatte føringsstolpene 11 og 12.

Når teleskoparmens haker har blitt forankret mot ansatsen på ventiltreet, kan vognen 18 via spor i armen dg skinnen på vognens overside, føres fra manipulatoren og frem mot ventiltreet. Som det fremgår av den prinsipielle beskrivelse av opfinnelsen, inneholder vognen anordninger dels for oppretting, tilbaketrekking og fastholding av vognen og dels for et verktøy 31 for løsgjøring henholdsvis fasttrekking og inn- og utskruing av en ventils kronmutter,

Posisjoneringsanordningene er, som det har fremgått, utformet slik at de har en tilbaketrekkende og fastholdene funksjon. I det viste eksempel ifølge figuren inneholder vognen tre slike anordninger, vist ved 32, 33 og 34. På ventiltreet sitter motsvarende tilbaketrekkingskonuser 35, 36 og 37. Plasseringen av ansatsen 21 og tilhørende konuser i forhold til innstikksventilen 22 er slik at når teleskoparm og vogn med respektive motstående innfestningsanordninger er kommet i inngrep, så har det momentavgivende verktøy i vognen korrekt posisjon for å kunne entre ventilens kronmutter. I og med at konusene 35, 36 og 37 har kommet i et fastholdene inngrep, opphører belastningen på teleskoparmen via hake og ansats. Motsvarende ansatser og føringskonuser finnes for samtlige ventiler på ventiltreet, dog ikke for den viste innstikksventil 23.

Gjennom fjernmanøvrering føres deretter momentverktøyet til inngrep mot innstikksventilens kronmutter hvoretter et fjernstyrt løsgjørings- og utskruingsmoment påføres. Deretter skrus innstikksventilens innstikksenhet løs og kan utskiftes.

Claims (5)

1. Overflatestyrt system for utskifting av en innstikksenhet (26) i en innstikksventil (22) montert på et ventiltre (17) i et undervannsproduksjonsanlegg for olje og gass, omfattende: føringsliner (4, 5) og føringsstolper (11, 12) posisjonert på ønsket plass på produksjonsanlegget, idet føringslinene strekker seg opp til en overflateinstallasjon, en manipulator (1) med en løftekabel (3) for å løfte og senke manipulatoren, føringshylser (6, 7) som er festet til manipulatoren for å samvirke med føringslinene under løfting og senking, en bjelke (8) som manipulatoren er montert på, med føringsspor (9, 10) for å samvirke med føringsstolpene ved anbringelse av manipulatoren på produksjonsanlegget, og en innebygget fjernmanøvrerbar teleskoparm (15, 16) på manipulatoren, karakterisertvedat den fjernmanøvrerbare teleskoparm (15, 16) har en hake (20) ved armens ende, manipulatoren har en innebygd og på teleskoparmen bevegbar vogn (18) som omfatter et momentavgivende verktøy (31) og for vogn og verktøy opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordninger (32, 33, 34), ventiltreet (17) har en ansats (21) for forankring av teleskoparmens hake, og inndragningskonuser (35, 36, 37) for de opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordninger på vognen, innstikksenheten omfatter en mutter (24) med hvilken innstikksenheten skrus fast henholdsvis skrus løs fra innstikksventilen (22), og at det momentavgivende verktøy er utformet slik at det kommer i inngrep med og omslutter innstikksenhetens mutter.

2. Overflatestyrt system ifølge krav l,karakterisert ved at føringsstolpene (11, 12) er utstyrt med distansehylser (13, 14) for oppnåelse av rett høyde for manipulatoren i forhold til innstikksventilen (22).

3. Fremgangsmåte for utskifting av en innstikksenhet (26) i en innstikksventil (22) montert på et ventiltre (17) i et undervannsproduksjonsanlegg for olje og gass, hvor utskiftingen skjer ved hjelp av det overflatestyrte system ifølge krav 1, karakterise r t ved følgende sekvensielle trinn: manipulatoren (1) senkes fra overflateinstallasjonen ned til produksjonsanlegget, og posisjoneres slik at verktøyet som befinner seg i vognen (18), kommer foran den innstikksventil (22) hvis innstikksenhet (26) skal utskiftes, manipulatorens teleskoparm (15, 16) føres mot ventiltreet (17) slik at armens hake (20) forankres mot ventiltreets ansats (21) vognen (18) føres mot ventiltreet (17), de opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordningene i vognen (18) manøvreres i inngrep med respektive inndragingskonuser (35, 36, 37) på ventiltreet (17), det momentavgivende verktøy (31) skyves inn mot innstikksventilen (22) slik at det kommer i inngrep med innstikksenhetens (26) mutter (24), via det momentavgivende verktøy (31) påføres et løsgjørende moment på innstikksenhetens (26) mutter (24), via det momentavgivende verktøy (31) påføres et moment for utskruing av innstikksenheten (26) fra innstikksventilen (22), de opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordninger (32, 33, 34) i vognen (18) løsgjøres fra sine respektive tilbaketrekkingskonuser (35, 36, 37) på ventiltreet (17), vognen (18) med innstikksenheten (26) føres tilbake mot manipulatoren (1), den frikoplede innstikksenhet (26) utskiftes med en ny innstikksenhet, vognen (18) med den nye innstikksenhet (26) føres mot ventiltreet (17), de opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordninger (32, 33, 34) i vognen (18) manøvreres i inngrep med respektive inndragningskonuser (35, 36, 37) på ventiltreet (17), det momentavgivende verktøy (31) manøvreres mot den tilbakeværende del av innstikksventilen (22), hvoretter den nye innstikksenheten (26) skyves inn i denne, via det momentavgivende verktøy (31) påføres et moment på innstikksenhetens (26) mutter (24) for innskruing av innstikksenheten, via det momentavgivende verktøy (31) påføres et fasttrekkende moment på innstikksenhetens mutter (24), det momentavgivende verktøy (31) trekkes løs fra innstikksenhetens (26) mutter (24), de opprettende, tilbaketrekkende og fastholdende anordninger (32, 33, 34) i vognen (18) løsgjøres fra sine respektive tilbaketrekkingskonuser (35, 36, 37) på ventiltreet (17), vognen (18) føres tilbake mot manipulatoren (1), teleskoparmens hake (20) løsgjøres fra ventiltreets ansats (21), teleskoparmen (15, 16) føres tilbake mot manipulatoren (1), og manipulatoren (1) føres opp til overflateinstallasjohen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at utskifting av den frikoplede innstikksenhet (26) mot en ny innstikksenhet skjer ved at manipulatoren (1) føres opp til overflateinstallasj onen, den frikoplede innstikksenhet utskiftes med en ny innstikksenhet, manipulatoren senkes ned mot produksjonsanlegget og posisjoneres foran den innstikksventil (22) som skal utskiftes.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 hvor det forutsettes at manipulatoren (1) er utstyrt med manøvrerbare gripearmer og i det minste en ny (ekstra) innstikksenhet, karakterisert ved at utskifting av den frikoplede innstikksenhet (26) med en ny innstikksenhet utføres ved gripearmenes hjelp ved at den frikoplede innstikksenhet (26) løsgjøres fra det momentavgivende verktøy (31), og den nye innstikksenhet skyves inn i det momentavgivende verktøy (31).