NO180128B - Kopling for fluidtransporterende rör - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kopling for bruk ved til- og fråkopling av f luidtransporterende rør, som angitt i innledningen i krav 1.

Den økede bruk av moduler i undersjøiske installasjoner har fremkommet som følge av behovet for å minske tiden som går med til installasjon og vedlikehold. Idéen med lett ombyttbare moduler har derfor skaffet behov for en passende "kopling". Nåværende koplinger er både kostbare og kompliserte og er ikke så pålitelige.

Tidligere og nåværende metoder som brukes i Nordsjøen har gjort bruk av forbindelser med flere referanser for tilkopling og fråkopling av disse moduler. Disse metoder som baserer seg på flere referanser står i motsetning til fundamentale prinsipper for ingeniørarbeid som går ut på å anvende minimum av referanser for sammenkopling og fråkopling av to eller flere komponenter.

For å tilkople og frakople disse moduler med flere referanser er det dessuten nødvendig å bruke store krefter for å tilpasse rørene til hverandre, noe som ofte fører til skade på pakninger eller hylser med medfølgende forsinkelser i produksjo-nen. Termisk utvidelse vil også utøve unødige krefter inne i koplingene.

Et eksempel på en eksisterende multi-koplet undersjøisk modul som for tiden brukes i Nordsjøen, består av ca. 20 enkeltkoplinger som må støtte seg til kostbare jigger og annet utstyr for å holde koplingen sammen. Videre er det nødvendig med ventiler på hver side av koplingen for å romme fluider. Dette innebærer at et par avstengningsventiler er påkrevet ved hver kopling, noe som er kostbart og gjør systemet mindre pålitelig.

En kopling som ikke har noen av de kjente ulemper i forbindelse med en multi-koplet undersjøisk modul vil være en vesentlig komponent i et hvilket som helst modulsystem i forbindelse med undersjøisk oljeutvinning. Press mot oljeselskapene for å finne frem til nye metoder for oljeutvinning har blitt vesentlig mer aktualisert på grunn av den senere tids svingninger i oljeprisen. Etter å ha kommet seg etter det første sjokk har derfor mange oljeselskaper begynt å planlegge mange nye mindre utvinningsfelter. Disse vil i større grad gjøre bruk av moduli-sering og koplinger. Det er derfor meget viktig at en passende

kopling er tilgjengelig for oljeselskapene.

Et annet område hvor en slik kopling kan brukes, er en såkalt QCDC (Quick Connect/Disconnect) (hurtigkopling) for et fleksibelt stigerør på en FPV (Floating Production Vessel)

(flytende produksjonsfartøy). Det fleksible stigerør mellom en undervannsinstallasjon og FPV gjør det nødvendig med en kopling som gir en forbindelse ved FPV og som hurtig kan frakoples eller støtes bort hvis FPV flytter seg bort fra sin posisjon i nødsituasj oner.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en kopling som ikke bare overvinner de tidligere nevnte ulemper i forbindelse med tilkopling/fråkopling og behovet for ytre avstengningsventiler, men som også er mer pålitelig og som kan lages til en pris som nærmer seg 1/4 av prisen på nåværende koplinger.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at koplingen har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av krav 1. Forskjellige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Ved hjelp av oppfinnelsen kan alle forbindelser og ventiler i forbindelse med tilkoplingen av de eksisterende undersjøiske produksjonsmoduler, erstattes av en enkelt referan-sekopling med flere boringer som krever bare en sammenkoplings-operasjon som kan utføres uten dykking ved hjelp av fjernkontroll eller ved hjelp av passende undervannsroboter, fjernstyrte vedlikeholdssystemer (RMS), eller fjernstyrte fartøy (ROV). Ved betjening av anordningen for sammenkopling og fråkopling av boringene, er det enkelt og lett å tilveiebringe strømning når de to deler er sammenkoplet, og å stoppe strømmen før fråkopling, slik at fråkoplingen av de to deler bare kan utføres når boringene ikke er i forbindelse og strømmen gjennom koplingen har blitt stanset. Således vil anordningen for å sammenkople og frakople boringen faktisk virke som en enkelt innvendig ventil som er inne i de to deler av koplingen som tilveiebringer trykkintegritet på hver side av mellomrommet mellom koplingsdel-ene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av et eksempel og under henvisning til tegningene, der fig.

1 er en skisse som viser en anvendelse av koplinger, konstruert ifølge oppfinnelsen, i et offshore oljeproduksjonssystem, fig. 2 er en skisse som viser en annen utførelse av koplingene i et annet offshore oljeproduksjonssystem, fig. 3 og 4 er sideriss som viser samvirkningen mellom hann- og hunndeler i en kopling, slik som brukt på fig. 1 og 2, fig. 5 er et snittriss av koplingen etter linjen A-A på fig. 6 og viser koplingen stengt på den venstre side og åpen på høyre side, fig. 6 er et snittriss etter linjen B-B på fig. 5, fig. 7 er et snittriss etter linjen C-C på fig. 6, fig. 8a - 8d viser koplingen i snitt under sammenkoplin-gen av delene, og fig. 9 er et snittriss i større målestokk av et trekk ved koplingen.

Med henvisning til fig. 1, omfatter en offshore oljeinstallasjon flere undersjøiske produksjonsmoduler 1, som er separat understøttet innenfor et rammeverk 2 på sjøbunnen 3 og er arrangert for å oppsamle via rørledninger 4, separere og transportere olje, gass og vann fra oljebrønner 5 til en oljerigg 6 på overflaten via ledningsrøret 7. For å kople forbindelsesled-ningene 4 og 7 til oljeproduksjonsmodulene 1, som kan senkes ned til eller fjernes fra rammeverket 2 ved hjelp av et fartøy 8, er hver modul forsynt med en kopling som er vist på fig. 3 - 9 og har henvisningstall 9.

På fig. 2 er det vist en annen anvendelse av koplingen 9, hvor flere undersjøiske produksjonsmoduler 36 er koplet til en halvt nedsenkbar flytende plattform 37 ved hjelp av fleksible rørledninger 38. Hver rørledning 38 er tilkoplet ved plattforms-nivået av en av koplingene 9 for å gi en eventuelt rask tilkopling/fråkopling av rørledningene fra plattformen. Koplingen 9 er av muffeskjøttypen som omfatter samvirkende deler i form av en hunndel 10 som f.eks. er montert på en undersjøisk modul, og en komplementær hanndel 11 som hunndelen 10 passer rundt, som vist på fig. 5, idet hunndelen og hanndelen er forsynt med flere boringer 12 og 13, hvor boringen 13 er for sammenkopling til f luidtransporterende rør, slik som 4 (fig. 1) og det er anordnet med avskrånede sylindriske hylser hhv 14 og 15 på hunn- og hanndelene, forsynt med respektive porter 16 og 17 for sammenkopling av respektive boringer 12 og 13 som vist på fig. 5 og 6 (høyre side vist) slik at fluid kan strømme gjennom de sammenkoplede boringer og således gjennom koplingen 9 og for fråkopling av boringene 12 og 13 for å stoppe fluidstrømmen gjennom boringene 12 og 13 og således gjennom koplingen 9 (venstre side vist).

Hylsene 14 og 15 er sammenkoplet ved hjelp av en anordning (ikke vist) for dreiebevegelse (også på en måte som ikke er vist) mellom en første stilling vist på høyre side på fig. 5 og 6, hvor de innrettede porter 16 og 17 står på linje med boringene 12 og 13, og den andre stilling (vist på venstre side på fig. 5 og 6), hvor portene 16 og 17 ikke står på linje med boringene 12 og 13.

Flere tetninger som vist på fig. 5 og 7 er tilveiebrakt mellom boringene 12 og hylseportene 16 på hunndelen 10, og mellom boringene 13 og hylseportene 17 på hanndelen 11. Disse tetninger er plassert rundt hullene i hver del 10, 11, og består av en hovedtetning 18 som er ringformet og som har et indre trykk, en sekundær tetning 19 som også er ringformet og som har et ytre trykk, og en pæreformet omslutningstetning 20 som har et indre trykk under tilpasningen/fråkoplingen av portene til boringene. Ringformede tetninger 21 er også tilveiebrakt mellom de tilpassede porter på de to hylser 14, 15 når delene 10, 11 er sammenkoplet. Barrieretetninger 22 er også tilveiebrakt ved hver ende av hylsene 14, 15 for å hindre søl i tilfelle lekkasje fra de andre tetninger og for å hindre inntrengning av sjøvann i tilfelle hvor det oppstår et større utvendig trykk.

Før sammenkopling av de to deler 10, 11 er begge deler i "lukket" stilling, som vist på venstre side på fig. 5 og 6. Hanndelen 11, som vist på fig. 8a, er forsynt med en sperre (ikke vist) i form av en låsetapp (heller ikke vist) for å sikre at hylsen 15 ikke dreies mens den er frakoplet slik at boringene 13 åpnes. På denne måte kan fråkopling utføres uten søl av fluid, og hylsen vil være sikret "låst" eller på annen måte sikret i boringen i "låst"-stilling når de to deler koples fra hverandre. Under sammenkopling av delene senkes hunndelen over hanndelen og de to deler blir først holdt fra hverandre ved hjelp av jekketapper 23 slik at filtrert vann kan spyles gjennom delenes tilpassede overflater for å fjerne eventuelle partikler av sand, smuss etc., som kan svekke tetningen. Etter utspylingen blir en forriglingsmekanisme 24 aktivert for å holde delene sammen. Mekanismen 24 omfatter en kamring 25 tilveiebrakt på hunndelen 10, som dreier for å gripe under tappene 26 på hanndelen 11, mens jekketappene 23 holdes tilbake, og frakopler sperren i hanndelen. Tappene 26 er forbundet med strekkstenger 27 som strekker seg langsetter hanndelen og som trekker de to delene 10, 11 sammen når kamringen griper under tappene. De sammenkoplede deler blir således som vist på fig. 8b, hvor de tilpassede porter 16, 17 ikke står på linje med boringene 12, 13. Et tilpasnings- og driveverktøy (ikke vist) er også tilveiebrakt mellom de to hylser 14, 15 for å sikre at de alltid dreier sammen slik at det oppnås oppretting av de to porter 16, 17.

Mens de to deler 10, 11 forblir stasjonære, kan hylsene deretter dreies som vist på fig. 8c, slik at portene 16, 17 beveger seg inn på linje med boringene 12, 13 for å forbinde boringene med hverandre og derved tillate fluid å strømme gjennom koplingen. Under dreining av hylsene vil den pæreformede tetning 20 sikre at tetningene opprettholdes mellom boringene og hylseportene i hver del.

Fig. 8d viser den "helt åpne" stilling hvor boringene 12, 13 er innbyrdes forbundet ved hjelp av de tilpassede porter 16, 17, og i denne stilling vil de ringformede tetninger 18 og 21 nå inneholde alt trykket og de pæreformede tetninger 20 blir ikke brukt.

Forriglingsmekanismen blir så låst i denne stilling ved hjelp av en sperre 36 som er vist forstørret på fig. 9, for å hindre fråkopling av de to deler 10 og 11 når hylsene 14 og 15 er i "åpen" stilling. Sperren omfatter en første fjærbelastet tapp 37 som aktiveres ved dreining av hylsene 14, 15 som i sin tur aktiverer en andre fjærbelastet tapp 38 som aktiverer en skjærtapp 39 for å gripe inn i et hull 40 anordnet i kamringen 25. Dette vil derfor hindre kamringen 25 fra å dreie tilbake og løsne fra undersiden av tappen 26.

For å frakople de to deler foretas den ovennevnte fremgangsmåte ganske enkelt i omvendt rekkefølge ved først å dreie hylsene tilbake for å kople fra hverandre boringene og for å låse opp forringlingsmekanismen og deretter ved å dreie forringlingsmekanismen for å frakople hann- og hunndelene. Det vil fremgå at boringene i de to deler bare vil "åpne seg" samtidig ved å dreie sammen de avskrånede hylser inntil boringene og hylseportene står på linje og etter at delene har blitt koplet sammen ved aktivering og deretter låsing av forriglingsmekanis-

men.

En slik forriglingsmekanisme vil være sterk nok til å motstå modulbelastninger og sidestrømsbelstninger.

Koplingen omfatter fortrinnsvis også en føring og et opprettingssystem som omfatter en føringsstolpe 28 festet til hunndelen 10. Stolpen 28 har en konisk ende 29 som passer til en inngangskjegle i hanndelen 11 for å oppta feil tilpasning når føringsstolpen innsettes i den midtre føringspassasje i hanndelen. Under innsettelse vil en orienteringsspiral 31 på andre siden av føringsstolpen hvile mot en tilpasningssplint 32 som dreier hunndelen inn til splinten trenger inn i det motsvarende kilespor 33. Finjustering oppnås ved hjelp av en plugg 34 og en orienteringstapp 35.

Som det vil fremgå lettere fra fig. 5 har boringene 13 en aksial oppstrømsdel 13a og en radial nedstrømsdel 13b anbrakt i en vinkel på 90° i forhold til hanndelens 11 akse.

Alle aktiverings funksjoner, slik som dreining av de sammenkoplede hylser 14 og 15, og låsing i både åpen og "lukket" stilling, utføres lettest ved hjelp av hydraulikk og slike funksjoner har fortrinnsvis sekundære mekaniske hjelpeanordninger (ikke vist) som kan styres av fjernstyrte fartøy (ROV) eller fjernstyrte vedlikeholdssystemer (RMS).

Alle tetninger i boringene og portene er fortrinnsvis forsynt med åpninger (ikke vist) for å muliggjøre overvåking og trykktesting.

Dessuten er hanndelen 11 passende utstyrt for å kunne motta deksel for trykk eller korrosjon i tilfelle lengre tids fråkopling.

Det vil være klart at alle materialer er valgt under hensyntagen til undersjøisk drift, ledningsfluider og fysisk håndtering for å tilveiebringe en kopling til minimal pris og med maksimal pålitelighet.

Dessuten passer den beskrevne kopling utmerket for bruk under vann og kan fremskaffes som en forsvarlig del eller tilpasses et særskilt formål. Koplingens grunnmodell gjør det også mulig å bruke den i fjernstyrte modulsystem som kan installeres og gjenvinnes.

Det vil fremgå at oppfinnelsen ikke er begrenset til de beskrevne utførelser, men inkluderer alle modifiseringer og variasjoner som kommer inn under oppfinnelsens omfang som beskrevet i de etterfølgende krav. Selv om den beskrevne kopling f.eks. har blitt beskrevet for bruk ved vertikal eller vesentlig vertikal sammenkopling og fråkopling, kan den brukes eller tilpasses for å brukes til sammenkopling i en hvilken som helst vinkel i forhold til vertikalretning, inkludert horisontal forbindelse og fråkopling.

I stedet for de sylindriske hylser 14 og 15 kan dessuten brukes to dreibare åpne skiver, hvor åpningene er tilpasset og ute av stilling i forhold til aksialt ragende boringer i hann- og hunndeler. I en foretrukket utførelse blir hann- og hunndelene 10 og 11 drevet fra hverandre ved hjelp av jekketapper 23 etter at fråkoplingen av boringene har blitt fullført, for å underlette fråkopling av de to deler 10 og 11.

Selv om koplingen ifølge oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med of f shoreutstyr, vil det være klart at den også kan brukes i tilsvarende utstyr på land for andre anvendelser.

Claims (14)

1. Kopling for bruk ved tilkopling og fråkopling av fluidtransporterende rør, hvor koplingen (19) omfatter to innbyrdes forbindbare deler (10, 11) som hver er forsynt med flere boringer (12, 13), og stengeinnretninger (14, 15) for innkopling og utkopling av boringene (12) i den første del (10) med respektive av boringene (13) i den andre del (11) når de to deler (10, 11) er sammenkoplet, KARAKTERISERT VED at stengeinnretningen (14, 15) er dreibart bevegelig mellom en første stilling hvor boringene (12, 13) i delene (10, 11) er innkoplet med hverandre for å tillate fluidstrøm gjennom boringene (12, 13) og følgelig gjennom koplingen (19), og en andre stilling hvor boringene (12, 13) i delene (10, 11) skilles fra hverandre for å stoppe fluidstrøm gjennom boringene (12, 13), og følgelig gjennom koplingen (19), hvor delene (10, 11) er frakoplingsbare fra hverandre, og at det er tilveiebrakt låseanordninger som

hindrer fråkopling av den første og andre del (10, 11) bortsett fra når stengeinnretningen (14, 15) er i den nevnte andre stilling, idet den første og andre del kan frakoples bare når stengeinnretningen (14, 15) ikke står i forbindelse med boringene i den første og andre del (10, 11) og tilveiebringer trykkintegritet på hver side av mellomrommet mellom koplingens deler.

2. Kopling ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at boringene (12) i den første del (10) kommer ut av den første del (10) på en første overflate som er en roterende overflate om en sentral akse av den første del (10), boringene (13) i den andre del (11) kommer ut av den andre del (11) på en andre overflate som er en rotasjonsflate om en sentral akse av den andre del (11), den sentrale akse av den første del (10) og den andre del (11) når de er sammenkoplet er sammenfallende, og stengeinnretningen omfatter en første hylse (14) montert på den første overflate for rotasjonsbevegelse mellom den første og andre stilling.

3. Kopling ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at stengeinnretningen (14, 15) videre omfatter en andre hylse (15) montert på den andre overflate for rotasjonsbevegelse deri, og videre en innbyrdes innkoplende anordning mellom den første (14) og andre (15) hylse når den første (10) og andre (11) del er innbyrdes forbundet for å tvinge den første og andre hylse (14, 15) til å bevege seg unisont.

4. Kopling ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at boringene (12, 13) er beliggende slik at hver boring (12) i den første del (10) står radialt på linje under bruk, med den respektive boring (13) av den andre del (11), og hver av hylsene (14, 15) er forsynt med tilsvarende porter (16, 17), slik at når hylsene (14, 15) er i den første stilling står portene (16, 17) deri parvis på linje med respektive boringer (12, 13) av den første og andre del (10, 11) for å tillate fluidstrøm gjennom koplingen, og når hylsene (14, 15) er i den andre stilling forblir portene (16, 17) deri på linje parvis, men bringes ut av linje med de respektive boringer (14, 15) for å stoppe fluidstrøm gjennom koplingen og tillate fråkopling av delene (10, 11).

5. Kopling ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at hver del (10, 11) omfatter en pakning (20) mellom hver boring (12, 13) og hylseporten (16, 17), hvor pakningen (20) har en slik form av den omslutter både boringen (12, 13) og porten (16, 17) når de er i en stilling som ikke er på linje.

6. Kopling ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at pakningen (20) er pæreformet i retningen mot dreiebevegelsen.

7. Kopling ifølge ett av kravene 1-6, KARAKTERISERT VED en forringlingsmekanisme (24) for innbyrdes innkopling av den første del og andre del (10, 11), og tilveiebringelse av en forutbestemt kraft som trekker sammen den første og andre del (10, 11) under deres sammenkopling.

8. Kopling ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at forriglingsmekanismen (24) har kamformede fremspring (25) tilveiebrakt på en del (10) som innkoples ved rotasjon under innkopling av delene (10, 11) med tapper (26) tilveiebrakt på den andre del (11), hvor tappene (26) er under strekk, slik at innkopling av fremspringene (25) med tappene (26) trekker de to deler (10, 11) sammen.

9. Kopling ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED strekkstenger (27) forbundet med tappene (26) for å tilveiebringe strekkraft for trekkingen sammen av de to deler (10, 11).

10. Kopling ifølge krav 7 eller 8, KARAKTERISERT VED at låseanordningene omfatter en sperre (36) som hindrer fråkopling av de kamformede fremspring (25) fra tappene (26) inntil boringene (12, 13) er adskilt for den etterfølgende fråkopling av de to deler (10, 11).

11. Kopling ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at sperren (36) er forbundet med stengeinnretningene (14, 15) for å bli aktivisert ved rotasjon av disse.

12. Kopling ifølge ett av kravene 2-11, KARAKTERISERT VED at koplingen er av typen "plugg og muffe", hvor de to deler er komplementære hanndeler (11) og hunndeler (10).

13. Kopling ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at den ytre overflate av hylsen (15) av hanndelen (11) er avsmalnet innover og innkoplet med en utoverhellende overflate på hunn-delens (10) hylse (14).

14. Kopling ifølge ett av kravene 1-13, KARAKTERISERT VED en jekkmekanisme (23) for i begynnelsen å opprettholde en adskillelse mellom de to deler (10, 11) når de i begynnelsen er forbundet for å muliggjøre at de tilpassede overflater av de to deler (10, 11) kan spyles rene før de festes sammen.