NO20111162A1

NO20111162A1 - Momentutlosermekanisme for en ventil

Info

Publication number: NO20111162A1
Application number: NO20111162A
Authority: NO
Inventors: Mahesha Udipi; David Daniel Comeaux
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-02-28
Also published as: GB2483153B; SG178689A1; GB2483153A; GB201114442D0; BRPI1104183B1; US20120048565A1; BRPI1104183A2; MY153379A; US8403054B2; AU2011213748A1; AU2011213748B2

Abstract

En momentbegrenser til bruk i en aktuerende drivspindel til et undervanns-brønnhode med en mansjett med en aksial boring og et spor gjennom sin lengde. Sporet innbefatter et fremspring rettet mot en nedre ende av mansjetten og har en kant orientert skrått til mansjettaksen. En drevet aksel er innført i boringen, og en bolt montert i den drevne aksel opptar sporet. En fjærsammenstilling koblet til den drevne aksel skyver mansjetten for å holde bolten i enden av fremspringet. En drivaksel med en drevet bolt er innsatt i boringen på en øvre side av mansjetten. Den øvre ende av mansjetten innbefatter en skulder som kontakter drivbolten når mansjetten roterer. Fjæren komprimerer når overflødig moment er i den drevne aksel og beveger bolten opp fremspringet og frakobler drivbolten og skulderen.

Description

Område for oppfinnelsen

Denne oppfinnelse angår generelt produksjon av olje- og gassbrønner, og spesielt en anordning for å begrense vridningsmoment avlevert til en spindel som aktiveres ved et fjernstyrt fartøy under vann.

Beskrivelse av relatert teknikk

Undervanns-brønnboringer er formet fra sjøbunnen gjennom underjordiske formasjoner som ligger derunder. Systemet for å produsere olje og gass fra undervanns-brønnboringer innbefatter typisk en undervanns-brønnhodesammenstilling satt over en brønnboringsåpning. En typisk undervanns-brønnhodesammenstilling innbefatter et høytrykks brønnhodehus opplagret i et lavere trykkbrønnhodehus og festet til lederør-foringsrør som strekker seg nedover forbi brønnboringsåpningen. Brønner er generelt foret med én eller flere forings-rørstrenger koaksialt innført gjennom, og betydelig dypere enn, ved lederør-foringsrøret. Foringsrør-strengene er hengt opp fra foringsrøropphengere landet i brønnhodehuset. Én eller flere rørstrenger er anordnet med den innerste forings-rørstreng; som blant andre ting er benyttet for å transportere brønnfluid produsert fra de underliggende formasjoner. Et produksjonstre er montert til den øvre enden av brønnhodehuset for styring av brønnfluidet. Produksjonstreet er typisk en stor, tung sammenstilling, med et antall av ventiler og styringer montert derpå.

Aksler er innbefattet i brønnhodesammenstillingene for å aktivere eller justere anordninger på eller innen brønnhodesammenstillingene; hvor anordnin-gene innbefatter blant annet ventiler og klemmer. Et fjernstyrt fartøy (ROV) er ofte benyttet for å rotere akslene. Forbindelse mellom en ROV og en aksel, innbefatter generelt at ROVen griper et håndtak på én ende av en aksel eller en mottaker forbundet til akselen. Selv om ROVer er kalibrert for å utøve en utpekt rotasjons-kraft på akselen, kan en kalibreringsfeil eller annen feil bevirke at ROVen tilveiebringer et moment (vridningsmoment) som overskrider flytstyrken til akselen.

Sammenfatning av oppfinnelse:

Omtalt heri, er en ventil til bruk i en undervannssammenstilling. I en eksempelutførelse, innbefatter ventilen en del som er slått åpen og lukket av en aksel som kan rotere. En moment-begrensningsanordning forhindrer overflødig moment fra å skade akselen. Momentbegrenseren låser akselen og ventildelen sammen slik at når akselen roterer er ventildelen slått ut for å åpne eller lukke. Når et angitt moment er overskredet i akslingen, frigjør momentbegrenseren ventildelen og akselen for å forhindre skade i akselen. Momentbegrensnings-anordningen kan tilbakestilles fra den frigjorte posisjon til den låste posisjon. I en eksempelutførelse innbefatter momentbegrensnings-anordningen en ringformet mansjett med et profil. Når momentbegrenseren er i den låste posisjon, opptar profilet en ende av den roterbare aksel. For å frigjøre akselen og ventildelen, beveger momentbegrenseren aksialt mansjettprofilet og frigjør det fra akselen. I et eksempel, er den roterbare aksel en drivaksel, og mansjetten opptar også roterende en drivaksel. En drivdel er montert til drivakselen og kontakter er parti av en ytre kant av et spor utformet i en sidevegg av mansjetten. Orientering av partiet til den ytre kant, kontaktet av drivdelen skrått til en akse av mansjetten, bevirker at drivdelen glir langs den ytre kant i en retning som nærmer seg enden av mansjetten med profilet for frigjøring av mansjetten fra drivakselen. Profilet kan være en skulder formet på en øvre ende av mansjetten som kontakter en drivdel anordnet på drivakselen når momentbegrensnings-anordningen er i en låst posisjon. I et alternativt eksempel, når drivdelen glir langs kanten av sporet mot profilet, er mansjetten beveget aksialt slik at profilet er presset aksialt bort fra drivdelen. Et parti av sporet kan stikke frem i en retning bort fra profilet med laterale sider orientert skrått til en akse av mansjetten som krysser for å danne en kileformet drivende til sporet. Når drivdelen glir langs de laterale sider bort fra drivenden av sporet, kan momentbegrensnings-anordningen byttes fra den låste posisjon til den frigjorte posisjon. Valgfritt, er det innbefattet en fjærdel montert på drivakselen for å presse mansjetten inn i en posisjon for roterende inngrep med både drivakselen og den drevne aksel.

Også omtalt heri er en momentbegrenser for å begrense moment overført fra en drevet aksel til en drivaksel. I en eksempelutførelse, innbefatter momentbegrenseren et legeme som strekker seg forbi ender av den drevne aksel og drivakselen, hvor legemet kan være selektivt bevegbart fra en inngrepsposisjon til en frigjort posisjon. Også innbefattet i denne utførelse er en skulder på legemet som kobler til og roterer med drivakselen når legemet er i den koblede posisjon. En kobling er videre innbefattet som opptar drivakselen og legemet. Koblingen glir legemet fra den koblede posisjon til den frigjorte posisjon når drivakselen roterer med et angitt moment. I en eksempelutførelse, er koblingen bygd opp av et profilspor i legemet, et parti av det profilerte spor er skrått i henhold til en akse av drivakselen. En drevet del stikker frem fra den drevne aksel inn i det profilerte spor. Legemet kan være selektivt beveg bart i den koblede posisjon fra den frigjorte posisjon ved å reversere rotasjonsretningen til drivakselen. En fjær kan valgfritt være innbefattet som er festet til den drevne aksel og komprimert mot en ende av legemet for å holde legemet i den koblede posisjon. Valgfritt, er skulderen en overflate tatt langs en radius av en akse til drivakselen og langs aksen til drivakselen som kontakter en bolt som stikker radialt utover fra drivakselen for å rotere drivakselen når legemet er i den koblede posisjon.

En fremgangsmåte er omtalt heri for å aktuere en ventil. I en eksempel-utførelse innbefatter fremgangsmåten, å tilveiebringe en momentbegrenser, hvor momentbegrenseren innbefatter en mansjett med en drevet ende og en drevet ende valgfritt koblbar med en ventilspindel. Fremgangsmåten innefatter videre kobling av ventilspindelen med drivenden og innføring av en ende av en drevet aksel inn i en dreven ende. En mansjett er koblet med den drevne aksel slik at når den drevne aksel er ved et angitt moment glir mansjetten med hensyn til den drevne aksel i en retning fra den drevne ende mot den drevne ende for å frigjøre drivakselen fra drivspindelen. Fremgangsmåten kan videre innbefatte rotering av den drevne aksel slik at mansjetten og ventilspindelen roteres for å aktuere en ventildel festet til ventilspindelen. Inngrep mellom drivenden og mansjetten kan opprettholdes ved å fortsett å påføre en presskraft på en ende av mansjetten. Mansjetten kan frigjøres med den drevne aksel ved å danne en kobling laget av en drevet del festet til den drevne aksel, et profil i mansjetten koblet ved den drevne del og med et parti satt skrått til en akse av den drevne aksel. Påføring av en aksial kraft på mansjetten glir den drevne del langs profilet når momentet i den drevne aksel er ved det angitte moment. Det angitte moment kan påføres ved å rotere den drevne aksel. Drivakselen kan gjenkobles med ventilspindelen ved å rotere den drevne aksel i en retning motsatt rotasjonsretningen som frakoblet drivakselen og ventilspindelen.

Kort beskrivelse av tegningene:

Fig. 1 er et skjematisk sideriss av et fjernstyrt fartøy (ROV) som senkes til en undervannssammenstilling. Fig. 2A er et skjematisk sideriss av en eksempelutførelse av en koblet momentutløser-mekanisme i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2B er et skjematisk sideriss av en eksempelutførelse av momentuløser-mekanismen i fig. 2A i en frakoblet utforming. Fig. 3 er et perspektivriss av en alternativ utførelse av et parti av momentutløser-mekanismen i fig. 2A. Fig. 4 er et perspektivriss av en alternativ utførelse av et parti av momentutløser-mekanismen i fig. 2A.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen:

Apparatene og fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelse vil nå be-skrives mer fullstendig heretter med referanse til de vedføyde tegninger hvor ut-førelser er vist. Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse kan imidlertid være legemliggjort på mange forskjellige former og skal ikke betraktes som begrenset til de illustrerte utførelser heri; isteden er disse utførelser fremskaffet slik at denne omtale vil være gjennomgående og fullstendig, og vil fullstendig overføre området for oppfinnelsen til de som er faglært på området. Like numre viser gjennomgående til like elementer. For anvendeligheten med å referere til de vedføyde figurer, er retningsbetegnelsen benyttet for kun referanse og illustrasjon. For eksempel, er retningsbetegnelsene slik som "øvre", "nedre", "over", "under", og lignende benyttet for å illustrere en relasjonslokalisering.

Det skal forstås at søknadsgjenstanden til den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til nøyaktige detaljer av konstruksjon, operasjon, eksakte materialer, eller utførelser vist og beskrevet, da modifikasjoner og ekvivalenter vil

være åpenbare for de som er faglært på området. I tegningene og beskrivelsen, er det blitt omtalt illustrative utførelser av søknadsgjenstanden og, selv om spesifikke betegnelser er anvendt, er de benyttet på en generisk og beskrivende måte kun og ikke for formålet med begrensning. Følgelig, er søknadsgjenstanden derfor kun

begrenset av området for de vedføyde krav.

Vist i fig. 1, i et skjematisk sideriss, er et eksempel på et fjernstyrt fartøy (ROV) som nærmer seg en undervannssammenstilling 12 og styrt via en styre-ledning 14. Undervannssammenstillingen 12 omfatter et brønnhodehus 16, vist satt på sjøbunnen 18. Brønnhodehuset 16 er videre lokalisert over et borehull 20 formet i en formasjon 22 under sjøbunnen 18. En hovedboring 24 er vist med en stiplet linje innen undervannssammenstillingen 12 og i kommunikasjon med borehullet 20. Et produksjonstre 26 er vist satt på brønnhodehuset 16 og med hovedboringen 24 deri. En potteventil 28 er vist i fantomlinje i partiet til hovedboringen 24 på innsiden av produksjonstreet 26. Strømningsledninger 30 går ut av sidene av produksjonstreet 26 innbefattende ringventiler 32 for å styre strømming gjennom strømningsledningen 30. Et ROV-panel 34 er fremskaffet på en side av produksjonstreet 26 og innbefatter panelmottakere 36. Panelmottakerne 36 kan koble til én eller flere av ventilene 28, 32 eller andre aktuerbare gjenstander innen undervanns-sammenstillingen 12 og er koblbare ved endene av en ROV-arm 38 anordnet med ROVen 10.

Et delvis sidesnittriss av en eksempelutførelse av en momentbegrenser 50 er illustrert i fig. 2A. En drevet aksel 52 er illustrert med en ende koblet til en

panelmottaker 36. Rotering av mottakeren 36 med armen 38 til ROVen 10 (fig. 1) roterer igjen således den drevne aksel 52. En mansjett 54 er koaksialt satt over et parti av den drevne aksel 52 og innbefatter en aksial boring 56 i hvilken enden av den drevne aksel 52 motsatt mottakeren 36 er innført. Et kamspor 58, med et fremspring 60 og et øvre parti 61, er formet gjennom en side av mansjetten 54. Fremspringet 60 i fig. 2a strekker seg til en side av mansjetten 54 i hvilken drivakselen 52 er innført og har laterale sider som konvergerer mot hverandre. Der hvor de laterale sider møter, er et generelt buet parti som danner en nedre ende av sporet 58. Den nedre ende av sporet 58 er nærmere inngangsenden av mansjetten 54 enn det generelt rektangulært formede øvre parti 61. Det øvre partiet 61 strekker seg langs periferien av mansjetten 54 forbi de øvre ender av de laterale sider av fremspringet 60. En avsats 62 er dannet hvor det øvre partiet 61 stikker frem langs periferien av mansjetten 54 lateralt til fremspringet, hvor avsatsen er vesentlig perpendikulær til en akse Ax til momentbegrenseren 50.

Fremdeles med referanse til fig. 2A, er en drevet akselbolt 63 vist med en ende montert i den drevne aksel 52 og som stikker radialt frem utover inn i sporet 58.1 utførelsen i fig. 2A, er den drevne akselbolt 63 innen det nedre avslutnings-området av fremspringet 60. En fjærsammenstilling 64 er illustrert i snittriss som innbefatter en elastisk fjær 65 satt koaksialt rundt den drevne aksel 52 og opplagret på en nedre nede av en fjæropplagring 66 som er koblet til den drevne aksel 52. En øvre ende av fjæren 65 er satt i en øvre fjæropplagring 68. Den øvre fjæropplagring (støtte) 68 er montert rundt den drevne aksel 52 og er aksialt glidbar langs den drevne aksel 52. Valgfritt er et aksiallager 78 satt mellom den ringform-ede øvre fjæropplagring 68 og nedre overflate til mansjetten 54. Fjærsammenstillingen 64 er konstruert slik at fjæren 65 er satt i kompresjon, og derved tilbringer en aksial kraft på mansjetten 54 gjennom den øvre fjæropplagring 68 og aksial-lagrene 70. Den aksiale kraft fra fjærsammenstillingen 64 posisjonerer mansjetten 54 i den øverste posisjon på den drevne aksl 52 og setter den drevne akselbolt 63 i en nederste posisjon innen sporet 58.

Den øvre ende av akselen 52, som vist med stiplet linje, avslutter mellom den øvre ende av sporet 58 og mansjettens øvre ende 72. Dette tillater at en drivaksel 74 kan innføres i boringen 56 fra den øvre ende av mansjetten 72. Den øvre ende av mansjetten 72 er profilert for å ha en skulder 76 vist stikkende aksialt frem oppover fra den øvre ende av mansjetten 72. Skulderen 76 tilveiebringer et kontaktpunkt mellom mansjetten 54 og en drevet bolt 78 som er montert i drivakselen 74. Således, som illustrert ved rotasjonspilene, ettersom den drevne aksel 52 er rotert ved rotasjon av mottakeren 36, kontakt mellom den drevne akselbolt 63 og kanten til sporet 58 roterer mansjetten, som igjen roterer drivakselen 74 ved kontakt mellom skulderen 76 og drivakselbolten 78. En ROV vil oppta å rotere drivakselen 74.

Fjæren 65, som i en utførelse er bygd opp av en rekke av stablede elementer, slik som Bellville-skyver, er strategisk konstruert for å holde en tilstrekkelig aksial kraft på mansjetten 54 slik at den drevne akselbolt 63 er holdt i det lave punktet til fremspringet 60. Konstruksjonen overveier egentlig også flytpunktet til den drevne aksel 52 og drivakselen 74 og tillater mansjetten 54 og bolten 63 å bevege seg til en frigjort posisjon. I eksempelet i fig. 2A, utøver et moment T i den drevne aksel 52, påført av den roterende drivaksel 74, en kraft F på mansjetten 54 hvor den drevne akselbolt 63 kontakter sporet 58. Kraft F innbefatter en vertikal komponent FY orientert vesentlig langs aksen Ax til momentbegrenseren 50 og en horisontal komponent Fxsom er vesentlig perpendikulær til den vertikale komponent FY.

Den drevne akselbolt 63 vil bevege seg oppover langs den laterale side av fremspringet 60 når den vertikale komponent Fy overskrider kraften for kompri-mering av fjæren 65. Et eksempel på den vertikale komponent FY som overskrider fjærekraften er vist i fig. 2B hvor bolten 63 er illustrert ved å ha flyttet fra det lav-punkt i fremspringet 60 og opp til avsatsen i det øvre parti 61 i sporet 58. Ettersom den drevne aksialbolt 63 beveger seg langs det skrått profilerte parti av sporet 58, beveger mansjetten 54 seg aksialt nedover. Aksial forflytning av mansjetten 54 nedover, komprimerer i tillegg fjæren 65 og fjærsammenstillingen 64A mellom den forankrede fjæropplagring 66 og den bevegbare øvre fjæropplagring 68.

Momentbegrenseren 50 beskrevet heri kan være sammenstilt slik at fjæren 65 komprimerer før et flytpunkt er nådd i enten den drevne aksel 52 eller drivakselen 54. Ved aksial forflytning av mansjetten 54 langs den drevne aksel 52, er skulderen 76 tatt ut av inngrep med drivakselbolten 78, og derved frakobler den drevne aksel 52 fra drivakselen 74. Således, er mottakeren 36, den drevne aksel 52 og mansjetten 54 fritt roterbare separat fra drivakselen 74. Dessuten er momentet i disse deler begrenset av verdien av den vertikale komponent Fyipåkrevet for å holde fjærsammenstillingen 64A i den komprimerte utforming i fig. 2B. Hvor den vertikale komponent Fy kan ha den samme størrelse som den vertikale komponent FYi. Momentbegrenseren 50 kan tilbakestilles til sin konfigurasjon i fig. 2A ved å reversere rotasjonsretning avlevert av ROVen gjennom ROV-mottakeren 36. Siden den lagrede kraft i den komprimerte fjær 65 kan trekke tilbake den drevne aksel 52 fra innen mansjetten 54, og derved trekke bolten 63 tilbake inn i den lave punktet til fremspringet 60. Én av de mange fordeler med den foreliggende sammenstilling er evnen til å unngå nedtid da det kan være nødvendig å reparere ventilspindel-sammenstillingen skadet ved moment.

Vist i et perspektivriss i fig. 3 og 4, er alternative utførelser av mansjetten 54 til momentbegrenseren 50. Som illustrert i fig. 3, er skulderen 76A et fremspring rettet aksialt fra den øvre ende av mansjetten 54A langs drivakselen 74 istedenfor de langstrakte rigger som vist i figurer 2A og 2B. I fig. 4, stikker skulderen 76B radialt innover fra en indre overflate av mansjetten 54B inn i et ringformet rom mellom mansjetten 54B og drivakselen 74.

Idet oppfinnelsen har blitt vist eller beskrevet i kun noen av sine former, vil det være åpenbart for de som er faglært på området at den ikke er således begrenset, men er mottakelig for forskjellige forandringer uten å avvike fra området for oppfinnelsen.

Claims

1. Ventil (28, 32) til bruk i en undervannssammenstilling (12) omfattende: en ventildel som er slått ut mellom åpne og lukkede posisjoner ved en roterbar aksel (52); en momentbegrensnings-anordning (50) opererbart forbundet med akselen (52) som har: en låst posisjon som bevirker rotasjon av akselen (52) for å treffe ventildelen, og karakterisert vedat, en frigjort posisjon som frigjør ventildelen fra bevegelse med akselen (52) når et valgt moment på akselen (74) er oppnådd, og momentbegrensnings-anordningen (50) er gjeninnstillbar fra den frigjorte posisjon til den låste posisjon.

2. Ventil (28, 32) ifølge krav 1, karakterisert vedat momentbegrensnings-anordningen (50) omfatter en ringformet mansjett (54) med et profil (76) som når i den låste posisjon opptar en ende av den roterbare aksel (52) og når i den frigjorte posisjon er mansjetten (54) aksialt flyttet slik at profilet (76) er frigjort fra akselen (52).

3. Ventil (28, 32) ifølge krav 2, karakterisert vedat den roterbare aksel (52) driver en drevet aksel (74) roterbart koblet med mansjetten (54).

4. Ventil (28, 32) ifølge krav 3, karakterisert vedat den drevne aksel (74) er roterende koblet med mansjetten (54) ved en drevet del (78) montert til den drevne aksel (74) som kontakter et parti av en ytre kant av et spor formet i en sidevegg til mansjetten (54), og hvori partiet til den ytre kant kontaktet av den drevne del (78) er orientert skrått til en akse av mansjetten (54), slik at når den drevne del (78) glir langs den ytre kant i en retning som nærmer seg enden av mansjetten (54) med profilet (76), er mansjetten (54) frakoblet fra drivakselen (52).

5. Ventil (28, 32) ifølge krav 4, karakterisert vedat profilet (60) omfatter en skulder formet på en øvre ende av mansjetten (54) som kontakter en drivdel (63) anordnet på drivakselen (52) når momentbegrensnings-anordningen (50) er i en låst posisjon.

6. Ventil (28, 32) ifølge krav 5, karakterisert vedat når drivdelen (78) glir langs kanten av sporet mot profilet (60), er mansjetten (54) flyttet aksialt slik at profilet (76) er presset aksialt bort fra drivdelen (63).

7. Ventil (28, 32) ifølge ethvert av kravene 4-6, karakterisert vedat et parti av sporet stikker frem i en retning bort fra profilet (60) med laterale sider orientert skrått til en akse av mansjetten (54) som krysser for å danne en kileformet drivende til sporet.

8. Ventil (28, 32) ifølge krav 7, karakterisert vedat når drivdelen (63) glir langs de laterale sider bort fra drivenden av sporet, forandrer momentbegrensnings-anordningen (50) seg fra den låste posisjon til den frigjorte posisjon.

9. Ventil (28, 32) ifølge ethvert av kravene 3-8, videre karakterisert vedat en fjærdel (64) montert på drivakselen (52) for pressing av mansjetten (54) inn til en posisjon for roterende inngrep med både drivakselen (52) og den drevne aksel (74).

10. Momentbegrenser (50) for å begrense moment overført fra en dreven aksel (74) til en drivaksel (52) omfattende: Et legeme 54 som strekker seg forbi proksimalt lokaliserte ender av den drevne aksel (74) og drivakselen (52) og som er selektivt bevegbare fra en kobler-posisjon til en frikoblet posisjon; en skulder på legemet 54 roterende koblet med drivakselen (52) når legemet (54) er i den koblede posisjon; og karakterisert vedat: en kobling som opptar den drevne aksel og legemet (54) som glir legemet (54) fra den koblede posisjon til den frikoblede posisjon når den drevne aksel (74) roterer ned et angitt moment.

11. Momentbegrenser (50) ifølge krav 10, karakterisert vedat koblingen omfatter et profilert spor (60) i legemet (54) med et parti skrått til en akse av den drevne aksel (74), og en drevet del (63) som stikker frem fra drivakselen (52) inn i det profilerte spor (60).

12. Momentbegrenser (50) ifølge krav 10 eller 11, karakterisert vedat legemet (54) er selektivt bevegbart inn i den koblede posisjon fra den frikoblede posisjon ved å reversere rotasjonsretningen til den drevne aksel (74).

13. Momentbegrenser (50) ifølge ethvert av kravene 10-12, viderekarakterisert veden fjær (64) festet til den drevne aksel (74) og komprimert mot en ende av legemet (54) for å holde legemet (54) i den koblede posisjon.

14. Momentbegrenser (50) ifølge ethvert av kravene 10-13, viderekarakterisert vedat skulderen omfatter en overflate innstilt langs en radius av en akse til drivakselen (52) og langs aksen til drivakselen (52) som kontakter en bolt (63) som stikker radialt utover fra drivakselen (52) for å rotere den drevne aksel (74) når legemet (54) er i den koblede posisjon.