NO316808B1 - Kobling og fremgangsmate for tilknytning av et stigeror fra en plattform til et undervanns bronnhodehus - Google Patents

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelsen vedrører en kobling og en fremgangsmåte for tilknytning av et stigerør fra en plattform til et undervanns brønnhodehus, som angitt i innledningen til henholdsvis de etterfølgende patentkrav 1 og 9.

Bakgrunnsteknikk

En type feste for undervanns brønner bruker et brønnhodehus plassert på havbunnen og en boreutblåsningssikring eller et produksjonsventiltre plassert ved overflaten på en plattform. Foringsrør med stor diameter senkes fra plattformen og kobles til brønnhodehuset med en tilknytningskobling. Tilknytningskoblingen må motstå de ulike belastningsforhold den kan møte under lengre drift. Særlig med en strekkstagplattform, hvor den øvre enden på stigerøret tillates å bevege seg horisontalt, forårsakes et bøyemoment ved brønnhodet. Dette kan opptre selv med en fast plattform, hvor det er betydelig havstrømskraft som virker på stigerøret. Forbindelsen til brønnhodet må også være i stand til å bære betydelig vertikal kraft, enten som trykk når ikke hele lasten bæres av plattformen, eller som strekk når mer enn hele lasten bæres av plattformen. Varmeutvidelse for ulike komponenter i denne strukturen opptrer også, avhengig av om brønnen på et bestemt tidspunkt produserer eller ikke, og av temperaturen i fluidet som produseres. Videre må stigerøret motstå disse spenningene gjennom mange sykler i adskillige år.

En type koblinger har en nedoverrettet trakt som forskyves over brønnhodehuset. Den har et legeme med en koblingsinnretning som kontakter spor eller gjenger utformet i brønnhodehuset. Et setteverktøy eller indre hydrauliske sylindre aktiverer koblingsinnretningen og sammenbinder stigerøret og brønnhodehuset. Koblingen låses i denne stillingen med bolter og forskjellige andre bolter er i lastbanen. Denne typen tilknytningskoblinger har, når de er løsgjort, ikke en mekanisme for aktivt å løsgjøre koblingsinnretningen fra sporene på brønnhodet.

Selv om de er vellykket, er forbedringer ønsket for tilknytningskoblinger hvor store bøyekrefter kan utøves, slik som med strekkstagplattformer.

US-patent nr. 4526406 viser en brønnhodekobling som har medbringere som kan danne inngrep med ytre spor i et brønnhode. Medbringerne kan forskyves på kileelementer, som kan beveges radialt innover av en kamring slik at medbringerne danner inngrep med sporene.

US-patent nr. 4708376 viser en brønnhodekobling med sperreelementer som kan drives innover av en kamring og danne inngrep med spor i et brønnhode.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen er rettet mot en kobling for tilknytning av et stigerør fra en plattform til et undervanns brønnhodehus, hvilken kan motstå store separasjons- og bøyelaster og er motstandsdyktig mot utmatting ved syklisk belastning.

Koblingen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kjennetegnes ved de trekk som fremgår av patentkrav 1.

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kjennetegnes ved de trekk som fremgår av patentkrav 9.

Utførelsesformer av koblingen er angitt i patentkravene 2-8.

Koblingen kan omfatte en utløserring som tvinger medbringerne ut av inngrep, når stempelet er ført oppover fra en nedre stilling. Overføringselementet kan omfatte flere enn ett overføringsledd, idet hvert ledd har en øvre ende i inngrep med en lavere ende på en medbringer og en nedre ende som dreibart er koblet til koblingshuset. Videre kan overføringselementet være under kamringen.

Oppfinnelsen har mange betydelige fordeler. Det er ingen bolter i lastbanen og komponentene som deler lasten er overdimensjonerte. Oppfinnelsen er følgelig mindre mottakelig for utmattingssvikt etter lengre perioder med syklisk belastning, slik som de som skyldes havstrømskrefter og varmeutvidelse. Den tåler også en høy opprinnelig forbelastning og motstår høye separasjonslaster. Stempelet er fullt rommet inne i koblingen og er således beskyttet fra eksponering mot det barske arbeidsmiljøet. Den kompakte utformingen av innerkomponentene tillater at ytterdiameteren for koblingen er liten. I tillegg til hydraulisk aktivering kan koblingen også frakobles mekanisk ved bruk av kamforbindelsesstangen. Dette muliggjør at koblingen kan frakobles i tilfelle av hydraulisk feil. Når den er forbundet med det indre brønnhodehuset, låser koblingen seg i denne stillingen og tilleggskraft er påkrevet for å oppheve låsingen. Det hydrauliske trykket kan, på grunn av denne egenlåsingen, utløses og ingen tilleggshandlinger er påkrevet for å opprettholde sammenkoblingen. Videre er medbringerne, når koblingen er frakoblet, tvunget ut av inngrep og bort fra det indre brønnhodehuset for å sikre en pålitelig frakobling.

Et eksempel på en kobling i henhold til oppfinnelsen og virkemåten til denne skal i det følgende beskrives, med henvisning til de vedføyde tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et delriss av en tilknytningskobling konstruert i henhold til oppfinnelsen,

hvilket viser tilknytningskoblingen i en tilkoblet stilling.

Figur 2 er et delriss av tilknytningskoblingen i figur 1, vist i en frakoblet stilling.

Med henvisning til figur 1 er vist en tilknytningskobling 11 som har en sentral akse 12. Koblingen 11 er tilveiebrakt for å forbinde et rør eller stigerør (ikke vist) som strekker seg oppover til overflaten med et indre brønnhodehus 15. Et koblingslegeme 13 er festet til den nedre enden på stigerøret og kan anses som en del av stigerøret. En ringformet tetning 17 er plassert langs den indre overflaten ved grenseflaten mellom legemet 13 og det indre brønnhodehuset 15. Det indre brønnhodehuset 15 strekker seg oppover fra og har en nedre del innført i et ytre brønnhodehus 19.

Koblingen 11 omfatter et ytre rørformet hus 21 og et indre rørformet hus 23 som er boltet og tettet mot en nedre ende i huset 21. Huset 21 har en indre skulder 21a som ligger mot og er aksialt understøttet av en ytre skulder 13a på legemet 13. Huset 23 glir langs og kontakter den ytre flaten på det indre brønnhodehuset 15 ved to punkter 23a og 23b som er aksialt i avstand fra hverandre . En forsenkning 24 strekker seg mellom kontaktpunktene 23a, 23b. Et ringformet rom eller vindu 20 (figur 2) er formet mellom en nedre ende av legemet 13 og en øvre ende av huset 23 direkte over kontaktpunktet 23a.

Et hulrom 25 er avgrenset ved en nedre ende av koblingen 11 mellom huset 21 og huset 23. Et ringformet stempel 27 er plassert og aksialt bevegbart frem og tilbake inne i hulrommet 25. I sin nedre stilling ligger stempelet 27 mot en skulder 28 på den indre flaten i huset 23 (figur 1). Hulrommet 25 er tettet ved en øvre ende med tetninger og er i fluidforbindelse med porter 30 og 32 (figur 1). Den ene tetningen er montert til huset 21, mens den andre tetningen er aksialt bevegbar med stempelet 27. Stempelet 27 har også tetninger 33, 35 plassert langs henholdsvis de radiale indre og ytre flater.

Den nedre enden på en stempelforbindelsestang 37 er festet til den øvre enden på stemplet 27 for aksial bevegelse med dette. Den øvre enden på stempelforbindelsesstangen 37 er festet til en ringformet kamring 39. Kamringen 39 har en skråflate 41 på den nedre end av den indre radiale flate. Kamringen 39 har en skråflate 41 på den nedre enden av den indre radiale flate. Kamringen har en konisk innerflate 42 som strekker seg oppover fra skråflaten 41. Kamringen 39 er aksialt bevegbar i et hulrom 43 mellom legemet 13 og huset 21. Når den er i den øvre stilling, ligger den øvre enden på kamringen 39 mot en nedoverrettet skulder 46 på huset 21 (figur 1). Den nedre enden på en kamforbindelsesstang 47 er fast forbundet med den øvre enden på kamringen 39. Kamforbindelsesstangen 47 strekker seg gjennom og er tettet mot huset 21.

Flere segmenterte medbringere 45 er plassert i vinduet 20. Den indre radiale flaten på kamringen 39 er utformet for anlegg mot den ytre radiale flaten på medbringerne 45. Medbringerne 45 har en sporprofil 48 på den indre radiale flaten og en flat, skrånende nedre ende 49. Profilen 48 er utformet for anlegg mot en ytre sporprofil 51 på det indre brønnhodehuset 15. Den nedre enden 49 mottar og er i anlegg mot et konvekst fremspring 53 på den øvre enden til flere lastoverføringssegmenter eller - elementer 55. Fremspringet 53 er svakt buet. I en utførelse har koblingen 11 ett overføringselement 55 for hver medbringer 45. Hver medbringer 45 har også en skrånende øvre flate 50 som ligger an mot en skrånende flate 52 i vinduet 20. De øvre flater 50 koner nedover fra utsiden til innsiden på medbringerne 45. Den nedre enden på hvert overføringselement 55 er plassert inne i en konkav utsparing 57 i innerflaten i huset 21. Overføringselementene 55 heller radielt innover fra de nedre ender til de øvre ender. Overføringselementene 55 svinger eller vugger svakt i utsparingene 57, når de beveges mellom de tilkoblede og frakoblede stillingene.

En ringformet utløserring 59 vil kobles til en nedre ende på hver medbringer 45, for å løfte den ut av inngrep med profilen 51. Utløserringen 59 har en indre profil som ender på en øvre ende i huset 23, når utløserringen 59 er i en nedre stilling (figur 1). Dsn øvre enden på utløserringen 59 skråner oppover og innover fra utsiden til innsiden for inngrep med de nedre endene på medbringerne 45. Utløserringen 59 har et nedre skjørt 60 som glidende er innført i en slisse 62 nær den øvre enden i huset 23. Utløserringen 59 har også en nedoverrettet kant 64 på ytterflaten som ligger mot den øvre enden på en polygonring 68 (figur 1), og en hake 70 på skjørtet 60. Polygonringen 68 er festet til stempelet 27 med bolter 66.

I drift er koblingen 11 forbundet med den nedre enden til stigerøret (ikke vist) og senket ned på den øvre enden i det indre brønnhodehuset 15. Koblingen 11 er i den frakoblede stilling med stempelet 27 i dets øvre stilling (figur 2), når koblingen 11 senkes. Etter at kantene på legemet 13 og huset 15 støter an hverandre, aktiveres stempelet 27 hydraulisk til den nedre stillingen (figur 1) ved fylling av hulrommet 25 med hydraulisk fluid gjennom porten 30. Mens stemplet 27 beveger seg nedover, trekker stempelforbindelsesstangen 37 kamringen 39 nedover med seg. Skråflaten 41 på kamringen 39 kontakter medbringerne 45 og skyver dem nedover og innover, slik at deres profiler 48 begynner å bevege seg til inngrep med profilen 51 på huset

15. Medbringerne 45 glir nedover overføringselementflatene 53 på deres bunnflater 49. Profilene 48 på medbringerne 45 er først svakt over og ute av innretting med profilen 51 på huset 15. Mens profilene 48, 51 starter å kobles til hverandre, vil medbringerne 45 trekke nedover mot legemet 13, hvilket dermed forbelaster den nedre enden mot den øvre kanten på huset 15. Mens de nedre endene på medbringerne 45 glir innover, dannes en innoverrettet belastning. Den koniske innerflaten 42 på kamringen 39 opptrer som en låseskråflate, og tillater trykk i hulrommet 25 å avlastes gjennom porten 32, mens medbringerne 45 fortsatt holdes i den låste stillingen.

Som vist i fig. 1, når polygonringen 68 beveger seg til den nedre stilling med stempelet 27, fanger den haken 70 på utløserringen 59 for å bevege utløserringen 59 til den nedre stillingen. Før stempelet 27 bunner mot skulderen 28 i det indre huset 23, har kamringen 39 skjøvet medbringerne 45 til fullt inngrep med profilen 51. Før medbringerne 45 glir på plass, tipper overføringselementene 55 svakt innover. På grunn av havstrøm og bølgebevegelse på overflaten utsettes koblingen 11 for en syklisk bøyning, idet en side er under strekk mens den andre siden er under trykk. Når strekk påføres på en side av legemet 13, kontakter den oppover vendende skulderen på sporprofilen 48 den nedover vendende skulderen i sporprofilen 51, for å overføre oppoverkraft til det indre brønnhodehuset 15. Oppoverkraften overføres fra utsparingen 57 i huset 21 til overføringselementet 55 gjennom medbringerne 45 til sporprofilen 51 i huset 15. Under trykkbelastning overfører den nedre kanten på legemet 13 nedoverlast til huset 15 gjennom den øvre kanten på huset 15.

Koblingen 11 kan frakoples ved reversering av disse trinnene. Medbringerne 45 frakoples fra profilen 51 ved påføring av hydraulisk trykk gjennom porten 32 for å returnere kamringen 39 til dens øvre stilling (figur 2). Oppoverrettet bevegelse av kamringen 39 tillater medbringerne 45 naturlig å smette ut og returnere til deres frakoblede stilling relativt huset 15. Polygonringen 68 skyver i tillegg oppover mot kanten 64 til utløserringen 59, som deretter løfter medbringerne 45 oppover og utover fra profilen 51 på huset 15. Lastoverføringselementene 55 beveger seg fra stedet, for dermed å gi mindre motstand for bevegelsen av medbringerne 45 til den frakoblede stillingen.

Claims (9)

1. Kobling (11) for tilknytning av et stigerør fra en plattform til et undervanns brønnhodehus (15) som har en ytre sporprofil (51), koblingen har et koblingslegeme (13) tilpasset for å sammenføyes med stigerøret for anbringelse på en øvre ende i brønnhodehuset (15); et koblingshus (21) som henger ned fra koblingslegemet (13) for innføring utenpå brønnhodehuset (15); flere medbringere (45) bevegbart båret av koblingshuset (21) og tilpasset å kobles til og låses til den ytre sporprofilen (51); en kamring (39) båret bevegbart inne i koblingshuset (21) for å tvinge medbringerne (45) innover til inngrep med den ytre sporprofilen (51); karakterisert ved at et overføringselement (55) er bevegbart båret i koblingshuset (21) i inngrep med medbringerne (45) og koblingshuset (21), for overføring av aksiallaster mellom koblingshuset (21) og brønnhodehuset (15), idet overføringselementet har en øvre ende i anlegg mot en nedre ende (49) på hver medbringer (45) og en nedre ende i anlegg mot koblingshuset (21).

2. Kobling ifølge krav 1,karakterisert ved at overføringselementet (55) omfatter flere overføringsledd, idet hvert ledd har en øvre ende i inngrep med en nedre ende (49) på en av medbringerne (45) og en nedre ende som danner anlegg mot koblingshuset (21).

3. Kobling ifølge krav 1,karakterisert ved at overføringselementet (55) er plassert under kamringen (39).

4. Kobling ifølge krav 1,karakterisert ved et aksialt bevegelig stempel (27) som holdes i koblingshuset (21) og er koblet til kamringen (39) for å bevege kamringen, og en utløserring (59) båret inne i koblingshuset (21) og bevegbar med stempelet (27), idet stempelet er under medbringerne (45) og utløserringen er tilpasset for å tvinge medbringerne ut av inngrep med den ytre sporprofilen (51), mens stempelet (27) beveges aksialt oppover.

5. Kobling ifølge krav 3, karakterisert ved at overføringsleddene (55) skråner innover fra den nedre endedelen til den øvre endedelen.

6. Kobling ifølge krav 3, karakterisert ved at den nedre endedelen på overføringsleddene (55) danner anlegg mot en generelt konkav forsenkning (57) formet i koblingshuset (21).

7. Kobling ifølge krav 3, karakterisert ved at overføringsleddene (55) dreier svakt utover rundt den nedre endedelen når medbringerne (45) frigjøres fra den ytre sporprofilen (51).

8. Kobling ifølge krav 5, karakterisert ved at utløserringen (59) har en avsmalnende øvre kant tilpasset for å gripe en konus på den nedre enden av medbringerne (45).

9. Fremgangsmåte for tilknytning av et stigerør fra en plattform til et undervanns brønnhodehus (15) som har en ytre sporprofil (51), en kobling (11) sammenføyet med stigerøret tilveiebringes, idet koblingen (11) omfatter et koblingshus (21) og flere medbringere (45) bevegbart båret av koblingshuset (21), innføring av koblingshuset (21) over brønnhodehuset og medbringerne (45) aktiveres til inngrep med den ytre sporprofilen (51), karakterisert ved montering av et overføringselement (55) bevegbart båret av koblingshuset, med et øvre endeparti i inngrep med en av medbringerne (45) og et nedre endeparti i inngrep med koblingshuset (21); og en oppoverrettet last motvirkes ved overføring av en oppoverrettet aksialkraft fra stigerøret gjennom koblingshuset (21) til overføringselementet (55), til medbringerne (45) og til brønnhodehuset (15).