NO313599B1 - Kopling for en trykkledning - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår utstyr som kan brukes blant annet for å styre produksjonsstrømmen fra undersjøiske oljebrønner. Mer spesielt angår den koplerere som kan brukes i trykkpåkjente rør som strekker seg mellom en rørhenger og et horisontalt ventiltre.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en kopling for en trykkledning omfattende en bevegbar komponent som er valgfritt koplbar med og frigjørbar fra en fast komponent for å tilveiebringe en frakoplbar tettet trykkforbindelse med denne.

GB 2.205.370 omhandler en koplingsanordning for bruk i undervannsfluid-produksjonssystemer. Anordningen omfatter aktivator og driftsinnretning for kopling til fjernstyrt verktøy, holdehylse og skruegjenget spindel.

US 4.593.937 beskriver en anordning for tilkopling og fråkopling av et bevegelig rør til et fiksert rør i en undervannsinstallasjon.

I undervannsoljebrønner er det et krav å frembringe en hydraulisk kommu-nikasjonslinje til en overflatestyrt brønnsikringsventil (SCSSV) plassert inne i brønnen for å styre produksjonsstrømmen. En annen linje kan anordnes til SCSSV for å tillate utskylling og sirkulasjon/utskifting av styringsfluidet. Ytterligere trykklinjer kan være tilstede for kjemisk injeksjon eller styring eller overvåking av annet utstyr nede i borehullet. For å ivareta maksimum variasjon i kjemikaliet og fluidumssammensetning i linjene, er det ønskelig at metall-mot-metall primærtetninger bør brukes.

Med et horisontalt ventiltresystem, må trykklinjene komme fra inne i rør-hengeren og ut av kompletteringsutstyret, gjennom ventiltreet. Trykklinjeforbindel-sene må gjøres etter eller under installasjonen av rørhengeren, som skjer etter at ventiltreet er installert. Det er forskjellige kjente anordninger for å frembringe slike forbindelser. I en første anordning, er det et perifert tettet trykkgalleri som strekker seg mellom portene i rørhengeren og ventiltreet. Denne konstruksjonen er be-grenset ved det rom som er nødvendig og som begrenser antallet trykklinjer og fasiliteter for reservetetninger. En annen anordning har vinklede koplerere som står opp fra rørhengeren og/eller ventiltreet, som blir laget automatisk når rør-hengeren installeres. Denne konstruksjonen kan kreve komplisert maskinering inne i ventiltreet og rørhengeren. En tredje anordning er en enkel trykklinje-kopler som er bevegelig inn og ut av tilpasset kontakt med rørhengeren ved en manuell aktivatormekanisme. Problemene med denne konstruksjonen er å frembringe en dynamisk tetning mellom den bevegelige kopler og den stasjonære trykklinje for å tilpasse aktivatorslaget. Dette utelukker bruken av metall-mot-metall-tetninger gjennom koplingen. Aktivatormekanismen må også lages meget pålitelig siden koplingen må trekkes tilbake for å tillate uthenting av rørhengeren. Svikt på aktivatormekanismen med kopleren trukket ut vil føre til alvorlige problemer med å fjerne rørhengeren fra ventiltreet.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å overvinne i det minste noen av de ovennevnte problemer. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen med en kopling som angitt i innledningen av beskrivelsen og som er kjennetegnet ved at den bevegbare komponenten er påvirket av en primær aktuator som er forbundet til en montering som normalt er holdt fast i forhold til den faste komponenten, men som er bevegbar i forhold til den faste komponenten for å tilveiebringe sekundær aktuering av den bevegbare komponenten uavhengig av den primære aktuatoren.

Fortrinnsvis kan aktivatoren, og med fordel også monteringen, være operert for bevegelse fra en fjernstyrt undervannfarkost (ROV). F.eks. kan aktivatoren omfatte en ROV dreiemoment-forbindelse. Monteringen kan omfatte en krave med fingre som er holdt i inngrep med et fast legeme ved hjelp av holde-hylse. Holde-hylsen kan være festet med skjærbolter til kragen og også koplet til kragen ved en dødgangsforbindelse, hvorved trekk på holdehylsen først vil bryte skjærboltene, og derved tillate hylsen å bevege seg og frigjøre tingerne for fråkopling fra legemet og så trekke kragen fra legemet ved hjelp av dødgangsforbindelsen.

Aktuatoren kan omfatte en skruegjenget spindel eller drivhylse som er aksielt festet for rotasjon inne i monteringen og aktuatoren omfatter en skruegjenget spindel eller drivhylse som er aksielt festet for rotasjon innen monteringen og som engasjerer en komplementær drivmutter eller skruegjenget spindel til hvilken den bevegbare komponenten er forbundet. Et flertall av nevnte faste komponenter kan være koplbare ved et tilsvarende flertall av nevnte bevegbare komponenter. Drivmutteren kan bære en lagerplate med bajonettforbindelsesåpninger som kan være brakt i kontakt (inngrep) med trykkskuldre på de bevegbare komponenter.

De bevegbare og faste komponenter kan være lokalisert i et tettet kammer som er anordnet i et ventiltre og en rørhengesammenstilling, og kammeret gir en reservetetning for koplingen.

I et annet uavhengig aspekt frembringer oppfinnelsen en kopling for en trykkledning omfattende en bevegbar komponent som er selektivt koplbar med og frakoplbar fra en fast komponent for å tilveiebringe en frakoplbar metall-metall tettet trykkforbindelse med kjennetegnet ved at den bevegbare komponenten innbefatter en gjennomgående passasje som strekker seg fra trykkforbindelsen og er tettende forbundet ved sin motsatte ende til en metalledning som er tilstrekkelig fleksibel for å tillate bevegelse av den bevegbare komponenten for nevnte selekti-ve tilkopling og fråkopling. På denne måten er dynamiske tetninger unngått, og

metall-mot-metall primærtetninger kan brukes gjennom kopleren.

Oppfinnelsen og dens foretrukne trekk kan bedre forstås fra den følgende beskrivelse av illustrerende utførelser, under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 er et enderiss av en kopler som danner en første utførelse av oppfinnelsen;

fig. 2 er et snitt på linjen 2-2 på fig. 1, og viser kopleren i sin frakoplete stil-ling;

fig. 3 er et snitt på linjen 2-2 på fig. 1, og viser kopleren i tilkoplet posisjon,

fig. 4 er et snitt på linjen 2-2 på fig. 1, og viser kopleren i en sekundær ut-løsningsposisjon;

fig. 5 er et snitt på linjen 5-5 på fig. 4, og viser en lagerplate med bajonettforbindelsesåpninger;

fig. 6 er et forstørret snitt på linjen 2-2 på fig. 1, og viser detaljer av aktivatoren;

fig. 7 er et forstørret snitt på linjen 7-7 på fig. 1;

fig. 8 er et snitt gjennom en annen utførelse, og

fig. 9 er et snitt på linjen 9-9 på fig. 8.

Figurene 1-7 viser en tilbaketrekkbar kopler 10 for fire trykkledninger 12a-d. Oppfinnelsen kan imidlertid anvendes på større eller færre trykkledninger. Et ho-vedlegeme 14 er boltet på en hetteflenssted 16 på et ventiltre 18, til hvilket det er tettet med en ringpakning 20. Legemet 14 understøtter fire koplerstammer 22 for aksiell bevegelse. Stammene 22 er tettet til legemet ved pakninger 24, f.eks. av den type som er beskrevet i europeisk patent nr. 0187896. Stammene 22 er av en en-dels konstruksjon med National Coupling Co. Inc. metalltetningshunnkopler-komponent 26 (som beskrevet f.eks. i US-patent nr. 4694859) på en ende og en 3/8" M/P metalltetnings Butech rørfitting 28 på den andre enden for forbindelse med trykklinjene 12a-d. Stammene 22 er hule for å gi fluidumforbindelse mellom linjene 12a-d og koplerkomponentene 26.

En rørhenger 30 er mottatt inne i ventiltreet 18, og har en forsenkning 32 maskinert i sin ytre overflate. Fire National Coupling Co. Inc. metalltetningshann-koplerkomponenter 34 blir holdt i forsenkningene 32 i aksiell innretning med hunn-koplerkompontene 26, med en holdeplate 36. Forsenkningen 32 danner en del av et galleri rundt rørhengeren isolert ved øvre og nedre s-tetninger (ikke vist). Rom-met som huser koplerkomponentene 26, 34 er derfor fullt tettet, hvilket betyr at konstruksjonen fremdeles vil operere effektivt om en av koplerne lekker. Kopler-kammeret er i stand til å holde trykk på opp til 15000 psi (IOS^Wfhti<2>).

Stammene 22 omfatter hver en motholder 38, et trykkspor 40 for aktivering og en utvendig gjenge på utsiden for å montere en mutter 42 som brukes til å trekke stammen tilbake via en sekundær utløsningsmekanisme som beskrevet nedenfor.

En gjenget drivspindel 44 blir holdt aksielt fast for rotasjon i en endehette-montering 46 som omfatter åpninger gjennom hvilke de ytre ender av stammene 22 passerer, så vel som en sentral åpning fra hvilken en sekskantet drivformasjon 48 på spindelen 44 stikker ut for feste på et forlengelsesstykke (ikke vist). Den fjerne ende på forlengelsesstykket ender i en standard drivformasjon på et ROV-panel.

En trykkmutter 50 er montert på gjengene av spindelen 44, og har en lagerplate 52 boltet på den (figurene 6 og 7). Som vist på fig. 5, omfatter lagerplaten 52 fire bajonettåpninger som hver har en større ende 54 som vil passere over den ytre omkrets av stammene 22 under montering, og en liten ende 56 som kan engasjeres i stammens trykkspor 40 ved å rotere platen 52 før den boltes på mutteren 50.

Endehette-monteringen 46 gir steder og lagre for å understøtte stammene 22 og drivspindelen 44. Pakninger 60 er anordnet for aktivatorkammeret 58, defi-nert mellom endehette-monteringen 46 og hovedlegemet 14. Kammeret 58 haren trykk-kompenseringstank loddet til det via en port 62 i hovedlegemet 14 for å kompensere for variasjoner i utvendig hydrostatisk trykk og endringer i det frie volum av kammeret 58, slik at pakningen 60 ikke blir utsatt for store trykkforskjel-ler. Kammeret 58 omfatter også en trykkavlastningsventil 64 for å beskytte mot skade forårsaket ved lekkasje av trykkfluidum forbi pakningene 24.

Endehette-monteringen 46 har også trekk som danner den sekundære utsløsningsmekanisme. Disse omfatter kravefingre 66 som engasjerer over en profil på hovedlegemet 14 og virker mot aksielle belastninger i enheten, den fremre stopper 68 for holderhylsen 70 og en gjenge for å montere en stoppring 72 som virker mot trekkbelastninger fra holdehylsen 70 under sekundær utløsning av koplerne. Sammen danner den fremre stopper 68 og stopperingen 72 en tapt bevegelseskopling, som beskrevet nedenfor. Stoppringen 72 har også hull for skjæringspinner 74 som forbinder den på holdehylsen 70.

Kravefingrene 66 blir holdt radielt ved den indre overflate av holdehylsen 70. Under sekundær utløsning, blir hylsen 70 trukket til høyre som vist på fig. 6 og 7, og skjærer pinnene 74 og forårsaker at hylsen 70 beveger seg av kravefingrene 66 og frigjør dem for utadgående radiell bevegelse. Den fremre stopper 68 kom-mer da i kontakt med stopperingen 72 slik at ytterligere trekking utløser kravefingrene 66 fra legemet 14. Trekket blir så overført gjennom endehettemonteringen 46 og gjennom enten den primære aktivatormekanisme, eller hvis denne er skadet, mutteren 42, over til stammene 22, og trekker således stammene 22 og koplerkomponentene 26 fra rørhengeren 30. Holdehylsen 70 er boltet til en forlengel-seshylse (ikke vist) som ender i en gripeformasjon ved ROV-panelet, og kan engasjeres ved et passende trekkeverktøy på ROV.

Linjene 12a-d er fortrinnsvis utformet av metallrør, og har tilstrekkelig fri lengde umiddelbart bakenfor kopleren 10 til å sikre at de er fleksible nok til å gi rom for koplings/frakoplings-bevegelsen for stammene. Om nødvendig kan linjene 12a-d omfatte fleksible sløyfer.

Figurene 8 og 9 viser en annen utførelse av oppfinnelsen med en enkelt til— baketrekkbar kopler 26. Stammen 22 har en ekstern gjenget ende som går inn i en intern gjenget hylse 76 tilpasset inne i en hul ende på drivspindelen 44. Fluidumforbindelse med kopleren 26 er via en blind-endet utboring 78 og radielle porter 80 i stammen 22 og et kammer 82 og porter 84 på hovedlegemet 14. Kammeret 82 er tettet ved en pakningsenhet 86 montert på stammen 22 mellom portene 80 og den gjengete enden, og holdes mellom en skulder 88 og reserve-mutteren 90, 92. Kammeret 82 er også tettet rundt stammen 22 ved den enden som er nærmest koplerkomponenten 26, ved et tetningselement 94.

Forskjellige modifikasjoner til de ovenstående utførelser vil være åpenbare. F.eks. kan aktivatoren være drevet av en elektrisk eller hydraulisk motor, eller kan erstattes ved en stempel- og sylinderanordning. Slike motorer eller stempel- og sylinderaktivatorer kan omfatte permanent installerte kraftlinjeforbindelser som strekker seg til havoverflaten, eller kan omfatte pluggbare kraftforbindelser som kan tilkoples og frakoples med en ROV. Kravfingrene kan utelates fra endehette-monteringen 46, som isteden kan holdes på hovedlegemet 14 ved en skulder 100 som engasjerer den fremre stopper 68 på holdehylsen 70. Denne hylsen er i sin tur montert på hovedlegemet 14 ved en skrugjenge, bajonettkopling eller annen forbindelse som kan utløses fra hovedlegemet ved tilføring av et dreiemoment. Posisjonen for de gjengede hann- og hunnkomponenter i de illustrerte aktivatorer kan reverseres. I utførelsen på fig. 1-7, kan lagerplaten 52 og bajonettforbindel-sesåpningene erstattes med enkle sveisede- eller skruegjengede forbindelser eller låseringer for å holde stammene på den sentrale aktivatorkomponent.

Claims (11)

1. Kopling (10) for en trykkledning (12a-12d) omfattende en bevegbar komponent (22, 26) som er valgfritt koplbar med og frigjørbar fra en fast komponent (34) for å tilveiebringe en frakoplbar tettet trykkforbindelse med denne, karakterisert ved at den bevegbare komponenten er påvirket av en primær aktuator (44, 50, 52) som er forbundet til en montering (46) som normalt er holdt fast i forhold til den faste komponenten, men som er bevegbar i forhold til den faste komponenten for å tilveiebringe sekundær aktuering av den bevegbare komponenten uavhengig av den primære aktuatoren.

2. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at aktuatoren (44, 50, 52) kan være operert for bevegelse fra en fjernstyrt undervannsfarkost ("ROV").

3. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at monteringen (46) kan være operert for bevegelse fra en fjernstyrt undervannsfarkost.

4. Kopling som angitt i krav 2, karakterisert ved at aktuatoren (44, 50, 52) innbefatter en fjernstyrt undervannsfarkost-dreiemomentforbindelse (48).

5. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at monteringen (46) innbefatter en krage med finge-re (66) som er holdt i inngrep med et fast legeme (14) ved hjelp av en holdehylse (70).

6. Kopling som angitt i krav 5, karakterisert ved at holdehylsen (70) er festet med skjærbolter til kragen og også koplet til kragen ved en dødgangsforbindelse (68, 72), hvorved trekk på holdehylsen først vil bryte skjærboltene (74), og derved tillate hylsen å bevege seg og frigjøre tingerne (66) for fråkopling fra legemet (14) og så trekke kragen fra legemet ved hjelp av dødgangsforbindelsen.

7. Kopling som angitt i krav 4, karakterisert ved at aktuatoren (44, 50, 52) omfatter en skruegjenget spindel (44) eller drivhylse (76) som er aksielt festet for rotasjon innen monteringen og som engasjerer en komplementær drivmutter (50) eller skruegjenget spindel (22) til hvilken den bevegbare komponenten er forbundet.

8. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at et flertall av nevnte faste komponenter (34) som er koplbare ved et tilsvarende flertall av nevnte bevegbare komponenter (22, 26).

9. Kopling som angitt i krav 8, karakterisert ved at drivmutteren (50) bærer en lagerplate (52) med bajonettforbindelsesåpninger (54, 56) som kan være brakt i kontakt (inngrep) med trykkskuldre (40) på de bevegbare komponenter (22, 26).

10. Kopling som angitt i krav 8, karakterisert ved at de bevegbare og faste komponenter er lokalisert i et tettet kammer (32) som er anordnet i et ventiltre og en rørhengesammenstilling, og kammeret gir en reservetetning for koplingen.

11. Kopling (10) for en trykkledning (12a-12d) omfattende en bevegbar komponent (22, 26) som er selektivt koplbar med og frakoplbar fra en fast komponent (34) for å tilveiebringe en frakoplbar metall-metall tettet trykkforbindelse med denne, karakterisert ved at den bevegbare komponenten innbefatter en gjennomgående passasje som strekker seg fra trykkforbindelsen og er tettende forbundet ved sin motsatte ende til en metalledning (12a-12d) som er tilstrekkelig fleksibel for å tillate bevegelse av den bevegbare komponenten for nevnte selekti-ve tilkopling og fråkopling.