NO20130953A1 - Stigerørskopling - Google Patents

Abstract

Anordning for fleksibel kopling av to seksjoner av et undervannsstigerør omfattende: en bøssing med en første og andre ende for glidbart å kunne motta endene til henholdsvis første og andre stigerørseksjon, slik at hver seksjon opererer som et stempel inne i bøssingen.

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelsen vedrører stigerørskopling, for eksempel som anvendt i dypvanns flytende produksjonssystemer.

Bakgrunn

Et stigerør er et rør som strekker seg fra en boreplattform på havoverflaten til havbunnen og tjener til effektivt å forlenge en undervannsbrønn til et boreanlegg på overflaten. Stigerøret kan på havbunnen være forbundet med en utblåsingssikring og et brønnhode. På havoverflaten kan stigerøret være forbundet med et boreskip eller en boreplattform. Stigerøret kan anvendes til å transportere boreslam fra borehullet til boreskipet og tilveiebringer også en kanal for et borerør og andre verktøy som strekker seg fra skipet til brønnhodet. En annen type stigerør er et produksjonsstigerør som tilveiebringer en kanal for transportering av hydrokarboner til plattformen eller skipet. Siden skipet er lokalisert på havoverflaten, vil det bevege seg opp og ned og sideveis med bølgene på havoverflaten. Brønnhodet kan være utsatt for store dynamiske belastninger på grunn av stigerørets tensjon og vinkel. Én av komponentene i belastningen er kraftmoment, som til sist kan føre til tretthet eller til og med svikt i brønnhodet. Industrien beveger seg inn i dypere sjø, noe som øker disse problemene.

Figur 1 viser et stigerør 1, som kan bevege seg i forhold til havbunnen og brønnhodet 2, og som derfor kan bevege seg ut av aksial innretting i forhold til brønnen. En utblåsingssikring 3 er tilveiebrakt mellom brønnhodet 2 og stigerøret 1. En fleksibel sammenføyning 4 er tilveiebrakt mellom stigerøret 1 og utblåsingssikringen 3.

Disse og relaterte problemer er vurdert i de følgende patentpublikasjonene som omhandler kjent teknikk;

WO 2005 113 929, WO 2008 051 092, WO 2009 102 220, US3643751, US 5 615 977, GB 2 273 119, GB1260157, US 4 039 177, US 2008/0 251 257.

Kort beskrivelse

Ifølge et aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for fleksibel kopling av to seksjoner av et undervannsstigerør omfattende: en bøssing med en første og andre ende for glidbart å kunne motta endene til henholdsvis den første og andre stigerørseksjonen, slik at hver seksjon opererer som et stempel inne i bøssingen.

Den første og andre enden av bøssingen kan hver omfatte en første krage som strekker seg radialt innover, hvori endende på henholdsvis den første og den andre stigerørseksjonen hver kan omfatte en andre krage som strekker seg radialt utover, og hvori den indre diameteren til den første kragen kan være mindre enn den ytre diameteren til den andre kragen.

Det kan være tilveiebrakt åpninger mellom hver av stigerørseksj onene og bøssingen, og åpningene kan være fylt med et hydraulisk fluid. Disse åpningene kan være i fluidkommunikasjon med hverandre, og motstanden i fluidkommunikasjonsbanen kan varieres for å styre dempingsnivået.

En indre bøssing kan være tilveiebrakt i den førstnevnte bøssingen og kan omgj endene til den første og andre stigerørseksjonen slik at den indre bøssingen definerer ringrom mellom den indre bøssingen og endene på den første og andre stigerørseksjonen og mellom den indre bøssingen og den førstnevnte bøssingen.

Minst ett av ringrommene kan være fylt med et hydraulisk fluid, og ringrommet mellom den indre bøssingen og den førstnevnte bøssingen kan være fylt med gummi, eller et hydraulisk fluid, eller en blanding av gummi og et hydraulisk fluid for demping.

Et hydraulisk styringssystem kan være tilveiebrakt for å aktivt styre fluidtrykk i ringrommene.

Den indre bøssingen kan være bevegelig i den førstnevnte bøssingen i minst det tverrliggende planet.

Forlengelser kan være tilveiebrakt på hver av endene til den førstnevnte bøssingen, og hver forlengelse kan være tilveiebrakt rundt den ytre omkretsen til den tilsvarende enden av den førstnevnte bøssingen. Den aksialt ytterste delen av hver forlengelse kan være avsmalnende eller avrundet.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et vertikalt tverrsnitt av et brønnhode, en utblåsingssikring og et stigerør. Figur 2a viser et vertikalt tverrsnitt av et stigerør forbundet med en utblåsingssikring med en enkelt fleksibel sammenføyning. Figur 2b viser et vertikalt tverrsnitt av et stigerør forbundet med en utblåsingssikring med fordelt forlengelse. Figur 2c er en graf som illustrerer en reduksjon av tensjonen i utblåsingssikringen på grunn av fordelt forlengelse. Figur 3a viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper som forbinder to stigerørseksjoner. Figur 3b viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper som forbinder to stigerørseksjoner, hvori stigerørseksjonene er atskilt på grunn av en strekkraft. Figur 4 viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper som forbinder to stigerørseksjoner med en metall-mot-metall-tetning mellom stigerørseksj onene og demperen. Figur 5a viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper som forbinder to stigerørseksjoner, hvori stigerørseksj onene står i en aksial vinkel i forhold til hverandre. Figur 5b viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper som forbinder to stigerørseksjoner, hvori demperen har avrundede eller avsmalnende ytterste deler. Figur 6a viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper, hvori demperen har en indre bøssing og en ytre bøssing. Figur 6b viser et vertikalt tverrsnitt av en aktiv demper, hvori demperen har en indre bøssing og en ytre bøssing og hvori den øvre og nedre stigerørdelen står i en relativ vinkel.

Beskrivelse

Brønnhoder kan oppleve tretthet og svikt på grunn av de dynamiske belastningene fra stigerøret oppå utblåsingssikring (BOP - eng.: blow-out preventer).

En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er et verktøy for å feste stigerøret nært ved BOP-en. Verktøyet kan erstatte en stigerørsammenføyning. En flerhet verktøy kan festes til stigerøret langs stigerørets lengde. Verktøyet har to formål: for det første aktivt å dempe den aksiale spenningssvingningen i stigerøret, og for det andre å aktivt eller passivt tillate mindre stigerørsawik fra aksial innretting uten å forårsake overføring av store uønskede kraftmoment (for eksempel en fleksibel sammenføyning). Figur 2 a) viser situasjonen med et stort stigerørawik, hvorved stigerøret er festet til BOP-en med en fleksibel sammenføyning. Figur 2 b) viser en situasjon hvorved de to formålene fremsatt ovenfor oppfylles, og tensjonen fordeles langs stigerørets lengde. Figur 2 c) er en illustrasjon som viser at spenningen som forårsakes av stigerørets bøying ved BOP-en, er mye mindre enn spenningen som forårsakes av stigerørets bøying ved BOP-en ved anvendelse av stigerørkoplingssystemet ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 3 viser en øvre stigerørseksj on 5, en nedre stigerørseksj on 6 og krager 7. En bøssing 8 er montert utenfor stigerørseksj onene 5, 6 for å skli på disse kragene 7. På hver ende har bøssingen 8 tilsvarende krager 9 på innsiden, slik at ringrommene 10 mellom bøssingen 8 og den øvre og nedre stigerørseksjonen 5, 6 blir begrensede volumer. I disse begrensede volumene får en hydraulisk olje flyte inn og ut ved hjelp av et styringssystem 11. Alle glideflater er utstyrt med standard hydraulisk stempeltetning. Trykket i den hydrauliske oljen måles, og styringssystemet 11 forsøker å holde trykket konstant. For en varierende aksial kraft vil styringssystemet kompensere de varierende kreftene med oljestrømning for å absorbere disse svingningene, slik at dynamiske effekter filtreres ut.

Stigerørseksj onene 5, 6 sammen med bøssing 8 danner en kanal gjennom hvilken hydrokarboner eller andre fluider kan transporteres.

En metall-mot-metall-tetning mellom to motstående krager 7 og 9 dannes hvis de motstående kragene 7 og 9 presses sammen. Denne tetningen aktiveres hvis demperen er forlenget til den maksimale lengden hvis den er utsatt for ekstreme strekkrefter (for eksempel i en kick-situasjon). Tetningen vil da tette i enda større grad, jo mer stigerøret utsettes for strekkrefter.

Figur 3a viser den øvre og nedre stigerørseksjonen (nesten) i kontakt med hverandre i bøssingen 8. Figur 3b viser den øvre og nedre stigerørseksjonen atskilt mer enn i fig. 3a på grunn av en strekkraft, men ikke forlenget til maksimal lengde.

Kragene 7 til den øvre og nedre stigerørseksjonen kan være formet slik at metall-mot-metall-tetningen mellom disse kragene 7 og bøssingens krager 9 øker hvis den relative forlengelsen på den øvre og nedre stigerørseksjonen øker. Denne tetningen er illustrert i innfellingen i fig. 4. Tetningen er en metall-mot-metall-tetning i tillegg til andre tetninger tilveiebrakt mellom sammenføyningens ulike seksjoner. Overflaten på kragen 7 som vender mot overflaten på kragen 9, har en slik fasong at det uten spenning er tilveiebrakt et kileformet hulrom mellom overflatene, med den smale delen av det kileformede hulrommet lenger vekk fra stigerørets akse enn den brede delen av det kileformede hulrommet. Når en stor spenning påføres, vil metallet deformeres slik at hulrommet "lukkes" og lite eller ikke noe hulrom gjenstår mellom de to overflatene.

I en situasjon der den øvre og nedre stigerørseksjonen er maksimalt forlenget i bøssingen, er kragene på den øvre og nedre stigerørseksjonen 5, 6 i direkte kontakt med kragene på bøssingen som vist i fig. 4. Hvis den øvre og stigerørseksjonen 5 står i en vinkel i forhold til den nedre stigerørseksjonen 6 i denne maksimalt forlengede situasjonen, kan en spalte åpne seg mellom kragene, som vist i område 12 i fig. 5a. Et ytterligere problem i denne situasjonen kan være konsentrasjonen av spenning eller metalltretthet i området motstående område 12, der krage 7 og 9 kommer i kontakt.

Figur 5b viser en forlengelse 13 av bøssingen for å forbedre tetningen og fordele spenningen. Enden av forlengelsen 13 kan være avrundet, som vist i forlengelse 13 i fig. 6b, eller kan være avsmalnende som vist i innfellingen 14. Forlengelsen vil opprettholde tetningen når den øvre og nedre seksjonen står i vinkel, og vil fordele spenningen.

Utførelsesformen over kan modifiseres ved å legge til en indre bøssing 15 i ringrommet mellom førstnevnte bøssing 8 og stigerørseksjoner 5, 6 i utførelsesformen beskrevet over. Figur 6a illustrerer den indre bøssingen 15 plassert i den førstnevnte bøssingen 8. Kragene 7 på den øvre og nedre stigerørseksjonen 5, 6 strekker seg til den indre diameteren til den indre bøssingen 15, mens kragene 9 på den førstnevnte bøssingen 8 forblir som før. Klaringene er slik at den indre bøssingen 15 kan bevege seg inn i eksentriske posisjoner i forhold til den førstnevnte bøssingen 8. Stigerørseksj onene 5, 6, som nå er lokalisert i den førstnevnte bøssingen 8 og bevilget liten bevegelse i forhold til den indre bøssingen 15, vil da kunne ha en liten vinkel i forhold til hverandre, som vist i fig. 6b. Den indre bøssingen 15 forskyves i planet vinkelrett på aksen til den førstnevnte bøssingen 8. Tensjon og kraftmoment på brønnhodet reduseres ved å la stigerørseksj onene 5, 6 ha en vinkel i forhold til hverandre.

Ringrommet 16 mellom den indre bøssingen 15 og den førstnevnte bøssingen 8 kan fylles med et stoff som tillater noe fleksibilitet og til og med noe demping. Dette kan være ren gummi (lignende gummiforingen i sammenføyninger i en bils fjæringssystem), olje eller til og med en blanding av olje og gummi for å forbedre demping.

Oljens bevegelse i ringrommene 10 mellom stigerørseksj onene 5, 6 og indre bøssing 15 som en følge av stigerørets bøying kan styres som i den første utførelsesformen. På denne måten kan stigerørets vinkel styres i hver sammenføyning der dette verktøyet er installert. En ny grad av stigerørskontroll kan følgelig oppnås og optimaliseres for minimal brønnhodetretthet på grunn av dynamiske eksterne krefter.

Figur 3 til 6 viser en enkelt stigerørskopling, men en flerhet stigerørskoplinger kan anvendes langs lengden av stigerøret. Spenningen i stigerøret kan absorberes av flerheten av stigerørskoplinger og fordeles over flerheten av stigerørskoplinger.

Systemet beskrevet heri kan styres aktivt, og det totale systemet har, i kombinasjon med den aktive dempingen av de aksiale belastningene, potensial til signifikant å redusere de dynamiske spenningene på stigerøret nært ved BOP-en og derfor også de negative virkningene av dynamiske spenninger.

Tretthet er et resultat av spenningsvariasjon og er en funksjon av det akkumulerte antallet sykluser og syklusenes amplitude. Demping vil redusere spenningenes amplitude og muligens også antallet. Dette vil redusere forekomsten av tretthet eller svikt i strukturen.

En fordel med i det minste noen utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen er at den kan oppnå bedre kontroll når det gjelder spenningene som stigerøret ellers ville overføre til brønnhodet via BOP-en, som har en negativ effekt på brønnhodet og potensial til å føre til brønnsvikt.

Fagmannen vil forstå at ulike modifikasjoner kan gjøres i utførelsesformene beskrevet over uten å fravike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelsen.

Claims (13)

1. Anordning for fleksibel kopling av to seksjoner av et undervannsstigerør omfattende: en bøssing med en første og andre ende for glidbart å kunne motta endene til henholdsvis første og andre stigerørseksj on, slik at hver seksjon opererer som et stempel inne i bøssingen.

2. Anordning ifølge krav 1, hvori den første og andre enden av bøssingen hver omfatter en første krage som strekker seg radialt innover, hvori endene på henholdsvis den første og den andre stigerørseksjonen hver omfatter en andre krage som strekker seg radialt utover, og hvori den indre diameteren til den første kragen er mindre enn den ytre diameteren til den andre kragen.

3. Anordning ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvori åpninger er tilveiebrakt mellom hver av stigerørseksj onene og bøssingen, og hvori åpningene er fylt med et hydraulisk fluid.

4. Anordning ifølge krav 3, hvori åpningene er i fluidkommunikasjon med hverandre.

5. Anordning ifølge krav 4, ytterligere omfattende en styringsenhet anordnet for å variere motstanden i fluidkommunikasjonsbanen for å styre dempingsnivået.

6. Anordning ifølge et hvilket som hest av de foregående kravene, omfattende en indre bøssing i den førstnevnte bøssingen og omgivende endene til den første og andre stigerørseksjonen slik at den indre bøssingen definerer ringrom mellom den indre bøssingen og endene på den første og andre stigerørseksjonen, og mellom den indre bøssingen og den førstnevnte bøssingen.

7. Anordning ifølge krav 6, hvori minst et av ringrommene er fylt med et hydraulisk fluid.

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, hvori ringrommet mellom den indre bøssingen og den førstnevnte bøssingen er fylt med hva som helst av gummi, et hydraulisk fluid og en blanding av gummi og et hydraulisk fluid for demping.

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, ytterligere omfattende et hydraulisk styringssystem for aktivt å styre trykket til det hydrauliske fluidet i ringrommene.

10. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 9, hvori den indre bøssingen er bevegelig i den førstnevnte bøssingen i minst det tverrliggende planet.

11. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, ytterligere omfattende forlengelser på respektive ender av den førstnevnte bøssingen.

12. Anordning ifølge krav 11, hvori hver forlengelse er tilveiebrakt rundt den ytre omkretsen til den tilsvarende enden av den førstnevnte bøssingen.

13. Anordning ifølge krav 11 eller 12, hvori den aksialt ytterste delen av hver forlengelse er avsmalnende eller avrundet.