NO310121B1

NO310121B1 - Connector for connecting fluid flow tubes

Info

Publication number: NO310121B1
Application number: NO973330A
Authority: NO
Inventors: Bjoern Paulshus; Per Jan Langerud
Original assignee: Kvaerner Oilfield Prod As
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2001-05-21
Also published as: WO1999006754A1; BR9810919A; NO973330D0; GB9930523D0; AU733049B2; GB2341215A; AU8466998A; NO973330L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en konnektor beregnet på sammenkopling av flere perifert plasserte fluidstrømningsrør, og eventuelt elektriske ledere, hvilken konnektor innbefatter to i forhold til hverandre uavhengige hoveddeler som kan adskilles og har respektive samvirkende anleggsflater, og en sammentrekking- og låsemekanisme som virker til å trekke hoveddelene med stor kraft mot hverandre og sikre fast forbindelse og sikker tetning. The present invention relates to a connector intended for connecting several peripherally placed fluid flow pipes, and possibly electrical conductors, which connector includes two main parts that are independent in relation to each other, which can be separated and have respective cooperating contact surfaces, and a contraction and locking mechanism that acts to pull the main parts with great force against each other and ensure a firm connection and a secure seal.

For produksjon av olje og gass til havs blir rørledninger montert mellom forskjellige undervannskonstruksjoner på havbunnen. Da det ikke er mulig å bruke dykkere på større havdyp blir rørledningene koplet sammen ved hjelp av fjernstyrte spesialverktøy. Det finnes idag et bredt utvalg av konnektorer og verktøy for denne anvendelse. Konnektorene kan ha et eller flere løp avhengig av den tiltenkte bruk. Det vanlige er et eller to løp, men for kontrollkabler kan det være opp til 10 rør som alle skal oppkoples samtidig. Et felles trekk ved konnektorer med mange løp er at de har et sentralt montert rør med diameter på 50 til 150 mm. Rundt dette ligger det elektriske kabler og hydraulikkrør med diameter opp til ca. 25 mm. De elektriske kablene kan eventuelt bli ført utenom den mekaniske konnektoren og bli koplet separat. For the production of oil and gas at sea, pipelines are installed between various underwater structures on the seabed. As it is not possible to use divers at greater sea depths, the pipelines are connected together using remote-controlled special tools. Today there is a wide selection of connectors and tools for this application. The connectors can have one or more runs depending on the intended use. The usual is one or two runs, but for control cables there can be up to 10 pipes that must all be connected at the same time. A common feature of connectors with many runs is that they have a centrally mounted pipe with a diameter of 50 to 150 mm. Around this are electrical cables and hydraulic pipes with a diameter of up to approx. 25 mm. The electrical cables can optionally be routed outside the mechanical connector and connected separately.

Det har vært vanlig å benytte konnektorer hvor fluidrørledningene og eventuelt de elektriske ledere går sentralt gjennom konnektoren slik at selve It has been common to use connectors where the fluid pipelines and possibly the electrical conductors pass centrally through the connector so that the actual

sammenklemmingsmekanismen ligger utvendig plassert i forhold til rørløpene. Det er kjent å bruke en såkalt "clamp"-konnektor med omsluttende klaver bestående av til hverandre leddede armer eller en "colletf-konnektor bestående av mange enkeltfingre, eller låsepaler, som omkranser rørløpene og blir aktivisert via en aksielt bevegelig ring som omslutter palene eller fingrene. the clamping mechanism is located externally in relation to the pipe runs. It is known to use a so-called "clamp" connector with enclosing claws consisting of articulated arms or a "colletf connector consisting of many individual fingers, or locking pawls, which surround the pipe runs and are activated via an axially movable ring that encloses the pawls or the fingers.

Denne type konnektorer gir problemer når antall rør som skal sammenkoples blir mange og har "stor" diameter. Rørene på vei inn og ut fra konnektoren må bøyes i forskjellige retninger for å gå klar hverandre. Det blir svært trangt mellom rørene og derfor meget vanskelig å komme til for å sveise eller skru fast rørene. Med mange rør vil en utvendige "colletf-konnektor få en meget stor diameter som gjør den unødvendig stor, tung og kostbar. Samtidig far man lett skjevtrekkingsproblemer med en stor låsering. This type of connector causes problems when the number of pipes to be connected becomes large and has a "large" diameter. The pipes going in and out of the connector must be bent in different directions to clear each other. It becomes very narrow between the pipes and therefore very difficult to get to in order to weld or screw the pipes. With many pipes, an external "colletf connector will have a very large diameter, which makes it unnecessarily large, heavy and expensive. At the same time, you easily have skewing problems with a large locking ring.

Fra EP 233 301 er det kjent to koblingshalvdeler med flere fluidledninger som korresponderer med hverandre, som skal kunne bli trukket mot hvrandre. Dette skjer ved hjelp av en utvendig mutter som i sin nedre del har innvendige gjenger som foretar inngrep med utvendige gjenger på den ene koblingshalvdelen. En sentral tapp fungerer kun som en styring for de to koblingshalvdelene. Dette innebærer at sammentrekking-og låsemekanismen ikke er sentralt plassert, men utenfor fluidledningene. From EP 233 301 it is known two coupling halves with several fluid lines which correspond to each other, which should be able to be pulled towards each other. This is done by means of an external nut which in its lower part has internal threads that engage with external threads on one coupling half. A central pin acts only as a guide for the two coupling halves. This means that the contraction and locking mechanism is not centrally located, but outside the fluid lines.

EP 533 500 viser et system for å koble sammen mange hydrauliske koblinger samtidig, og det er lagt vekt på at koblingsdelene blir styrt i riktig posisjon mot hverandre ved at hver kobling er festet til en styreplate. I tillegg finnes det en plate med hylser som opptar eventuelle toleranseavvik. Sammentrekking- og låsemekanismen er imidlertid sentralt plassert. EP 533 500 shows a system for connecting many hydraulic couplings at the same time, and emphasis is placed on the coupling parts being guided in the correct position relative to each other by each coupling being attached to a guide plate. In addition, there is a plate with sleeves that absorb any tolerance deviations. However, the contraction and locking mechanism is centrally located.

Ytterligere eksempler på teknikkens stand er vist i NO 168 817 og NO 157 432. Further examples of the state of the art are shown in NO 168 817 and NO 157 432.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en konnektor av den In accordance with the present invention, a connector thereof is provided

innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at sammentrekking- og låsemekanismen innbefatter to eller flere paler med radielt utad ragende knaster beregnet på inngrep med hver hoveddel, hvilken mekanisme er sentralt plassert i forhold til fluidstrømningsrørene og de eventuelle elektriske kablene. initially mentioned type which is characterized by the fact that the contraction and locking mechanism includes two or more poles with radially outwardly projecting lugs intended for engagement with each main part, which mechanism is centrally located in relation to the fluid flow pipes and any electrical cables.

Med fordel kan hver hoveddel innbefatte en ringformet del med innvendig spor, hvilken del omslutter sammentrekkings- og låsemekanismen. Videre er de radielt utad ragende knaster beregnet på inngrep med hvert spor ved aksiell aktivisering av en kilevirkende dor som igjen besørger radiell bevegelse av nevnte palknaster. Advantageously, each main part can include an annular part with an internal groove, which part encloses the contraction and locking mechanism. Furthermore, the radially outwardly projecting lugs are intended for engagement with each track by axial activation of a wedge-acting mandrel which in turn causes radial movement of said palk lugs.

Fordelaktig kan i det minste den ene av hoveddelenes anleggsflater være svakt konisk utformet slik at første berøring mellom anleggsflatene skjer langs deres periferi. Anleggsflatene kan videre være orienterbare i forhold til hverandre ved hjelp av styretapper. Advantageously, at least one of the contact surfaces of the main parts can be slightly conically designed so that the first contact between the contact surfaces occurs along their periphery. The installation surfaces can also be orientable in relation to each other by means of guide pins.

Hensiktsmessig kan den ene hoveddel innbefatte løse tetningshylser som komprimeres eller deformeres ved aktivisering av palknastene. Tetningshylsene kan være endedeformerbare mot avfasede seter i respektive hoveddeler. Tetningshyl senes avfasing kan ligge i størrelsesorden 30 til 50°, og fortrinnsvis være omlag 46°. Appropriately, the one main part can include loose sealing sleeves which are compressed or deformed when the palk knobs are activated. The sealing sleeves can be end-deformable against chamfered seats in the respective main parts. The chamfer of the sealing sleeves can be in the order of magnitude 30 to 50°, and preferably be around 46°.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukken utførelse av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 viser i lengdesnitt konnektoren ifølge oppfinnelsen, der høyre og venstre figurhalvdel viser konnektoren i aktivisert og uaktivisert tilstand respektivt, Fig. 2 viser i snitt hele konnektorenheten med tilspenningsenheten og rør med respektive strupeventiler, Fig. 3 viser et annet lengdesnitt gjennom konnektoren 10 enn det som vises i fig. 1 og 2, og Other and further purposes, features and advantages will be apparent from the following description of a currently preferred embodiment of the invention, which is given for description purposes without thereby being limiting, and given in connection with the attached drawings where: Fig. 1 shows in longitudinal section the connector according to the invention, where the right and left halves of the figure show the connector in an activated and deactivated state respectively, Fig. 2 shows in section the entire connector unit with the tensioning unit and pipes with respective throttle valves, Fig. 3 shows a different longitudinal section through the connector 10 than that shown in fig . 1 and 2, and

Fig. 4 viser et tverrsnittsriss langs linjen A-A ifølge fig. 2. Fig. 4 shows a cross-sectional view along the line A-A according to fig. 2.

En utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 2 hvor en komplett konnektor/strupeenhet for bruk i en olje- og gassbrønn med gassinjeksjonsmuligheter er vist. Denne enhet innbefatter selve konnektoren 10, strupeventiler 18,18B med strømningsrør 5,5B og en innspenningsenhet 15 som kan betjenes eksempelvis med et verktøy i forbindelse med en ROV. Verktøyet på ROV gjør inngrep med et firkantprofil 16 på en skrue med innvendige gjenger som samvirker med utvendige gjenger på en betjeningsaksel 17 som rager ned til selve konnektoren 10. Denne betjeningsdel utgjør i og for seg ingen vesentlig del ved oppfinnelsen, og andre typer er fullt mulig, f.eks. hydrauliske sylindere. An embodiment of the invention will now be described with reference to fig. 2 where a complete connector/choke assembly for use in an oil and gas well with gas injection capabilities is shown. This unit includes the connector 10 itself, throttle valves 18, 18B with flow pipes 5, 5B and a clamping unit 15 which can be operated, for example, with a tool in connection with an ROV. The tool on the ROV engages with a square profile 16 on a screw with internal threads that interact with external threads on an operating shaft 17 that projects down to the connector 10 itself. This operating part in itself does not constitute an essential part of the invention, and other types are fully possible, e.g. hydraulic cylinders.

I den viste utførelse skal strupeventilene 18,18B brukes til å kontrollere produksjonen fra flere brønner. Alle brønnene skal ha mulighet for gassinjeksjon. Denne gassen blir ført via separate strupeventiler 18B på enheten tilbake til oljebrønnene. Det betyr at det for hver brønn blir montert en olje-strupeventil 18 og en gass-strupeventil 18B på enheten. Det skal være mulig å trekke opp strupeventilene 18,18B for inspeksjon og vedlikehold. To stupeventiler for gass og to for olje skal i den beskrevne utførelse monteres sammen på konnektor/strupeenheten eller -modulen. Denne skal kunne frakoples og trekkes opp til overflaten som en enhet. Av denne grunn må hver strupeventil koples til en konnektor som har gjennomføring for inngående og utgående olje eller gasstrøm. Strupeventilene 18,18B skal igjen styres ved hjelp av hydraulisk trykk. Det er derfor nødvendig med to hydrauliske gjennomganger i konnektoren. Siden det skal monteres fire strupeventiler i hver modul så blir det nødvendig å føre 16 løp gjennom konnektoren. Fig. 3 viser et annet snitt gjennom konnektoren 10 enn fig. 2. Det eneste som er forskjellig, er at en styretapp 11 og en ledning 19 for hydraulisk styrefluid er vist. Fig. 4 viser et snitt gjennom delingsflaten A-A i fig. 2 for å illustrere et typisk eksempel på hvordan fordelingen av strømningsrør gjennom konnektoren kan være. In the embodiment shown, the throttle valves 18,18B are to be used to control the production from several wells. All the wells must have the possibility of gas injection. This gas is led via separate throttle valves 18B on the unit back to the oil wells. This means that for each well an oil throttle valve 18 and a gas throttle valve 18B are mounted on the unit. It must be possible to pull up the throttle valves 18,18B for inspection and maintenance. In the described design, two dip valves for gas and two for oil must be mounted together on the connector/throttling unit or module. This must be able to be disconnected and pulled up to the surface as a unit. For this reason, each throttle valve must be connected to a connector that has a passage for incoming and outgoing oil or gas flow. Throttle valves 18,18B must again be controlled using hydraulic pressure. It is therefore necessary to have two hydraulic passages in the connector. Since four throttle valves are to be installed in each module, it will be necessary to run 16 runs through the connector. Fig. 3 shows a different section through the connector 10 than fig. 2. The only thing that is different is that a control pin 11 and a line 19 for hydraulic control fluid are shown. Fig. 4 shows a section through the dividing surface A-A in fig. 2 to illustrate a typical example of how the distribution of flow pipes through the connector can be.

Konnektoren 10 vil nå bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til fig. 1. Konnektorens 10 øvre hoveddel 2 innbefatter et lokk 20 med en gjennomføring og opplagring for betjeningsakselen 17. Den øvre hoveddel 2 opptar i seg en dor 8 og et antall låsepaler 4. Låsepalene 4 og doren 8 utgjør tilsammen sammentrekkings- og låsemekanismen 1. Til høyre i figuren er mekanismen 1 i låst stilling og til venstre er mekanismen 1 i ulåst stilling. Sammentrekkings- og låsemekanismen 1 aktiviseres ved at betjeningsakselen 17 med doren 8 føres nedad og dorens utvendige overflate rir på konturformede flater 4C på innsiden av hver pal 4. Når doren 8 beveges aksielt kamføres palene 4 slik at de svinges om sporet 2B og knastpartiene 4B svinges radielt utad til inngrep med sporet eller skulderen 3B. Skråflatene som vender mot hverandre på palknastene 4A og 4B bevirker kraftig sammentrekking av hoveddelene 2,3 slik at tett kontakt oppnås mellom anleggsflatene 2A og 3A. The connector 10 will now be described in more detail with reference to fig. 1. The upper main part 2 of the connector 10 includes a lid 20 with a bushing and storage for the operating shaft 17. The upper main part 2 accommodates a mandrel 8 and a number of locking pins 4. The locking pins 4 and the mandrel 8 together make up the contraction and locking mechanism 1. To on the right of the figure, mechanism 1 is in the locked position and on the left, mechanism 1 is in the unlocked position. The contraction and locking mechanism 1 is activated by moving the operating shaft 17 with the mandrel 8 downwards and the outer surface of the mandrel riding on contoured surfaces 4C on the inside of each pawl 4. When the mandrel 8 is moved axially, the pawls 4 are cammed so that they swing about the groove 2B and the cam parts 4B are swung radially outwards to engage with the slot or shoulder 3B. The inclined surfaces which face each other on the palk knobs 4A and 4B cause a strong contraction of the main parts 2,3 so that tight contact is achieved between the contact surfaces 2A and 3A.

Ved frigjøring av konnektoren 10 trekkes doren 8 igjen oppad og det øvre parti av doren støter mot kamflaten på den innvendige palknast 4D som svinger palknasten 4B radielt innad ut av inngrep med skulderen eller sporene 3B. Palknasten 4A svinger også noe, men dog ikke ut av sporet 2B i hoveddelen 2. When the connector 10 is released, the mandrel 8 is pulled upwards again and the upper part of the mandrel hits the cam surface of the internal palknast 4D which swings the palknast 4B radially inwards out of engagement with the shoulder or the grooves 3B. Palknasten 4A also swings somewhat, but not out of slot 2B in main part 2.

Hoveddelen 2 innbefatter som nevnt lokkpartiet 20 som er skrudd til en ringformet del 6 som innbefatter det innvendige spor 2B. Ringdelen 6 har videre påmontert rørkoplinger 21A,21B av ulike størrelser og dimensjoner. Ringdelen 6 innbefatter også flere tetningshylser 9 av ulike størrelser og dimensjoner. Hver tetningshylse 9 består av en metallhylse som er utvendig konisk i begge ender. Det koniske parti er beregnet på anlegg i seter 12 i rørkoplingsdelene 21A og 21B, samt tilsvarende seter 12 i den nedre hoveddel 3. Den nedre hoveddel 3 innbefatter også en ringformet del 7 med nevnte spor 3B eller skulder. Videre innbefatter hoveddelen 3 rørkoplinger 31A og 3 IB. Rørkoplingsdelene 31A og 3IB innbefatter respektive seter 12 for anlegg og samvirke med tetningshylsene 9. Tetningshylsene 9 er litt lengre enn teoretisk lengde. På denne måten blir hylsen komprimert, eventuelt deformert, under montasje og det oppnås et trykk på de koniske tetningsflater som gjør tetningen gass- og væsketett. The main part 2 includes, as mentioned, the lid part 20 which is screwed to an annular part 6 which includes the internal groove 2B. The ring part 6 also has pipe connections 21A, 21B of various sizes and dimensions mounted on it. The ring part 6 also includes several sealing sleeves 9 of different sizes and dimensions. Each sealing sleeve 9 consists of a metal sleeve which is externally conical at both ends. The conical part is intended for installation in seats 12 in the pipe connection parts 21A and 21B, as well as corresponding seats 12 in the lower main part 3. The lower main part 3 also includes an annular part 7 with said groove 3B or shoulder. Furthermore, the main part includes 3 pipe connections 31A and 3 IB. The pipe connection parts 31A and 3IB include respective seats 12 for installation and cooperation with the sealing sleeves 9. The sealing sleeves 9 are slightly longer than theoretical length. In this way, the sleeve is compressed, possibly deformed, during assembly and a pressure is achieved on the conical sealing surfaces which makes the seal gas and liquid tight.

Andre tetningssystemer kan eventuelt brukes sammen med den foreslåtte konnektor 10. Med fordel kan konusitetsvinkelen a ligge i området mellom 30° og 50°. Other sealing systems can optionally be used together with the proposed connector 10. Advantageously, the conicity angle a can lie in the range between 30° and 50°.

Den ene av ringdelenes 6,7 anleggsflater 2A,3A kan være svakt konisk utformet slik at det radielt ytre parti av anleggsflatene 2A,3A kontakter hverandre først ved sammentrekking av hoveddelene 2,3. Dermed blir ringdelene 6,7 forspent så mye at det ikke blir noen separasjon mellom ringdelene når en trykksetter rørene og tetningene som passerer gjennom konnektoren 10. One of the contact surfaces 2A, 3A of the ring parts 6, 7 can be slightly conically designed so that the radially outer part of the contact surfaces 2A, 3A contact each other only when the main parts 2, 3 are contracted. Thus, the ring parts 6,7 are prestressed so much that there is no separation between the ring parts when you pressurize the pipes and seals that pass through the connector 10.

Det skal forstås at den viste utførelse er av typen hvor den nedre hoveddel 3 først blir festet til en bunnstruktur. Senere bringes den øvre hoveddel 2 med betjeningsinnretningen 15 ned ovenfra og landes og orienteres ved hjelp av styretappene 11 slik at de respektive rør 5,5B vil kommunisere med de korrekte rør på den nedre del 3. It should be understood that the embodiment shown is of the type where the lower main part 3 is first attached to a bottom structure. Later, the upper main part 2 with the operating device 15 is brought down from above and is landed and oriented using the guide pins 11 so that the respective pipes 5,5B will communicate with the correct pipes on the lower part 3.

Claims

1. Connector (10) intended for connecting several peripherally placed fluid flow pipes (5,5B), and possibly electrical conductors, which connector (10) includes two main parts (2,3) independent of each other, which can be separated and have respective cooperating contact surfaces ( 2A, 3 A), and a contraction and locking mechanism (1) which acts to pull the main parts (2, 3) towards each other with great force and ensure a firm connection and secure sealing, characterized in that the contraction and locking mechanism (1) includes two or several pawls (4) with radially outwardly projecting lugs (4A,4B) intended for engagement with each main part (2,3), which mechanism (1) is centrally located in relation to the fluid flow pipes (5,5B) and any electrical cables .

2. Connector according to claim 1, characterized in that each main part (2,3) includes an annular part (6,7) with an internal groove (2B,3B), which part (6,7) encloses the contraction and locking mechanism (1).

3. Connector according to claim 1 or 2, characterized in that the radially outwardly projecting lugs (4A, 4B) are intended for engagement with each slot (2B, 3B) by axial activation of a wedge-acting mandrel (8) which in turn causes radial movement of said palk lugs ( 4A.4B).

4. Connector according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least one of the main parts' contact surfaces (2A, 3A) is slightly conically designed so that the first contact between the contact surfaces (2A, 3A) occurs along their outer periphery.

5. Connector according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the contact surfaces (2A, 3A) are orientable in relation to each other by means of guide pins (11).

6. Connector according to one of claims 1-5, characterized in that one main part (2) includes loose sealing sleeves (9) which are compressed or deformed when the palk knobs (4A, 4B) are activated.

7. Connector according to claim 6, characterized in that the sealing sleeve (9) is intended for installation against chamfered seats (12) in respective main parts (2,3).

8. Connector according to claim 7, characterized in that the chamfer (a) of the sealing sleeves (9) is in the order of 30-50°.