NO317295B1 - Glideskjot for intervensjon-stigeror - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt fralands-boresystemer og nærmere be-stemt en trykksatt glideskjøt for bruk med et marint intervensjon-stigerørsystem for overhalings-anvendelser etter at en brønn er blitt boret. Glideskjøten muliggjør hurtige operasjoner i underdekksåpningen i et fartøy i tung sjø.

Stigerør for boreoperasjoner består typisk av rør med stor diameter, som strekker seg fra brønnhodet gjennom en åpning i bunnen ("underdekksåpning", engelsk: "moon pool"). Boreoperasjoner utføres ved hjelp av en borestreng i stigerøret. Nødvendig boreslam for boring sirkuleres gjennom borestrengen til borkronen ved bunnen av borestrengen, tilbake opp gjennom brønnhullet og gjennom ringrommet mellom borestrengen og stigerøret. Stigerøret virker til å skille borefluidet fra det omgivende sjøvannet. Når boreoperasjoner utføres i dyp sjø, stiger faren for knekking. Grunnen til dette er at stigerøret har de samme knekk-karakteristika som en vertikal søyle, og konstruksjonsvikt undertrykkbelastning kan skje. For å unngå denne konstruksjonssvikt, blir stigerør-strekkbelastningssystemer installert på fartøyet for påføring av en strekkraft på stigerørets øvre en-de. Mange forskjellige slike strekkbelastningssystemer er tidligere blitt benyttet, innbefattende kabler, taljer og pneumatiske sylinder-mekanismer innkoblet mellom fartøyet og stigerørets øvre partier.

Som følge av at stigerøret er festet ved bunnen til brønnhode-sammenstillingen, vil vind-, bølge- og tidevannsvirkning bevirke bevegelse av fartøyet i forhold til stigerørets øvre ende. Bevegelseskompenseringsutstyr må inkorporeres i strekkbelastningssystemet for å holde stigerørtoppen innenfor underdekksåpningen. Dette kan innbefatte et teleskopisk koblingsarrangement for å kompensere for hiv-bevegelse og en bøyeskjøt i stigerøret for å kompensere for sidebevegelse av fartøyet. Under boring, er trykket i stigerøret forholdsvis lavt. Trykket kan imidlertid øke hvis en grunn gasslomme påtreffes og glideskjøten er typisk konstruert for å motstå et trykk på 2000 psi eller mindre.

Når det gjelder produserende brønner kan imidlertid trykket innvendig i stigerøret lett nærme seg 10 000 psi. Faste produksjonsplattformer krever ikke teleskopiske stigerør. På dypere vann, er strekkstag-plattformer blitt brukt. Slike plattformer utsettes for mer bevegelse enn faste plattformer og stigerørene må være tilsvarende konstruert. På marginale felt der kostnadene for en produk-sjonsplattform ville være prohibitive, er borefartøy blitt brukt for produksjon. Produksjons-stigerør for mobile produksjonsplattformer er blitt konstruert som en integrert enhet opphengt i strekkbelastningssystemer og føringer, i stand til å opp-ta de nødvendige teleskopiske, side- og vinkelbevegelser. US patent 5 069 488 viser en teleskopisk anordning som er volum- og trykkbalansert for mobile produksjonsplattformer. På grunn av kravet om at det ikke må være noen relativ vertikal bevegelse mellom stigerøret og produksjonsfartøyet, må det teleskopiske system konstrueres for å motstå den maksimale bevegelse som ventes i tung sjø. Marine intervensjon-stigerørsystemer er funksjonsmessig lik stigerør som brukes med mobile produksjonsplattformer, med hensyn til de trykk som opptrer. Det er imidlertid en hovedforskjell: overhalingsoperasjoner krever typisk innføring av mange forskjellige anordninger i brønnen. Bruk av disse anordninger krever en betydelig menneskelig innsats i fartøyet. Ethvert system der stigerørene i underdekksåpningen har stor vertikalbevegelse i forhold til fartøyet, innebærer en alvor-lig sikkerhetsrisiko når mennesker utfører overhalingsoperasjoner i fartøyet. På disse tidspunkter er det ønskelig at det ikke er noen bevegelse mellom toppen av stigerør-sammenstillingen i underdekksåpningen og fartøyet. På andre tidspunkter, når mennesker ikke er involvert, er det akseptabelt med vertikal bevegelse av stigerøret i underdekksåpningen: på slike tidspunkter er et system som tillater relativ bevegelse mellom toppen og stigerør-sammenstillingen i underdekksåpningen og fartøyet akseptabelt. Den foreliggende oppfinnelse er i stand til å til— . fredsstille disse fordringer, ved en glideskjøt-sammenstilling og en fremgangsmåte for bruk av en strømningshode-sammenstilling, som angitt i de etterfølgende, henholdsvis krav 1 og 13. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige krav.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en glideskjøt-sammenstilling for bruk i et marint intervensjon-stigerørsystem. Når anordningen for overhalingsoperasjoner installeres av mennesker, er oppfinnelsen utformet for å virke som en iavtrykks-glideskjøt med den øvre ende av sammenstillingen fiksert i forhold til fartøyet, med mulighet for sikker installering av anordningene. Når overhalings-anordningene er blitt installert, er sammenstillingens øvre ende festet til stigerøret og er i stand til å tette ved høye trykk.

Eksempler på de viktigere trekk ved oppfinnelsen er blitt sammenfattet temmelig bredt for at den etterfølgende nærmere beskrivelse skal bli bedre for-

stått, og for at bidragene til faget skal bli verdsatt. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil utgjøre gjenstan-den for de medfølgende krav.

For en nærmere forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises det til den foreliggende nærmere beskrivelse av den foretrukne utføringsform, sett i sam-menheng med de medfølgende tegninger, hvor like elementer er gitt like tall: Fig. 1 er et oversikts-oppriss av en stigerør-sammenstilling som innbefatter foreliggende oppfinnelse i drift.

Fig. 2 er et riss av en utføringsform av den fleksible glideskjøt.

Fig. 3 er et snitt-riss av en fleksibel glideskjøt.

Figur 1 viser et fartøy 10 som flyter på overflaten 12 av en vannmasse 20. Fartøyet innbefatter en vertikal åpning eller "underdekksåpning" 14 gjennom dets skrog. Underdekksåpningen befinner seg typisk ved midten av fartøyet for å unngå destabilisering av fartøyet på grunn av operasjoner som utføres. Fartøyet er utstyrt med en støtte, så som en kabelrigg eller kveilrør-innfører 16, som brukes til å nedsenke utstyr i brønnen. En stigerørstreng 118 bærer kabelen eller kveilrøret gjennom brønnhode-sammenstillingen 102 inn i borehullet (brønnen) 104. Detal-jer ved brønnhode-sammenstillingen og andre anordninger i tilknytning til stigerør-strengens 118 tilknytning til brønnhodet er ikke vist.

Havstrømmer, havbølger og liknende vil forårsake bevegelse av fartøyet 10 ved overflaten 12 i forhold til den fikserte brønnhode-sammenstillingen 102 ved bunnen av vannmassen. Bevegelsen kan være vertikal (jag eller hiv), horisontal (drift) eller roterende (svai, stamp og rull). Boreskip er vanligvis utstyrt med truste-re for kompensering av fartøyets driftsbevegelse. Ytterligere mekanismer må an-ordnes for å kompensere for de andre former for bevegelse, for å unngå skade på stigerøret som er festet til havbunnen og fartøyet. Ved toppen av stigerørstrengen er det en strømningshode-sammenstilling 32 i underdekksåpningen 14. Et bevegelses-kompenseringssystem (ikke vist) kompenserer for relativ bevegelse av stigerørstrengen 118 og fartøyet 10. Slike bevegelses-kompenseringssystemer vil fremdeles føre til relativ bevegelse mellom strømningshode-sammenstillingen 32

og fartøyet. Den foreliggende oppfinnelse utgjør en del av en frakoblingssam-

menstilling 30 som er innrettet til å koble strømningshode-sammenstillingens 32 bevegelse fra stigerørstrengens 118 bevegelse, slik at nødvendige endringer i utstyr for overhalingsoperasjoner trygt kan utføres på strømningshode-sammenstillingen.

I fig. 2 og 3 er frakoblings-sammenstillingens hovedkomponenter vist. I ho-vedsaken kan den ansees å ha to hovedkomponenter: en komponent som er fiksert til stigerørstrengen 118 og en andre komponent som er fiksert til strømnings-hode-sammenstillingen 32. Den første og andre komponent er konstruert for å beveges som en enhet når de er sammenlåst ved hjelp av en låsemekanisme og for å kobles fra hverandre ved utløsning av låsemekanismen.

Den nedre del innbefatter en trykksatt glideskjøt-sammenstilling 100 som ved sin nedre ende er forbundet med toppen av stigerørstrengen 118. Toppen av glideskjøt-sammenstillingen 100 er ved hjelp av en spennhylse-kobling og førings-trakt 116 forbundet med en fleksibel skjøt-sammenstilling 110. I en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, benyttes en hydraulisk hurtigkoblingsanordning for å koble den fleksible skjøt-sammenstilling til glideskjøt-sammenstillingens toppende 108. Slike hurtigkoblingsanordninger vil være kjent for fagmenn på området og er ikke nærmere omtalt. I illustrerende øyemed er glideskjøt-sammenstillingen 100 og den fleksible skjøt-sammenstillingen 110 vist i en frakoblet stilling. Hensik-ten med den fleksible skjøt-sammenstilling er å kompensere for fartøyets gire-, rulle- og stampebevegelser i forhold til stigerørstrengen 118. Toppen av den fleksible skjøt-sammenstillingen 110 er forbundet med en strømningshode-sammen-stilling (ikke vist i fig. 2 og 3) i fartøyets underdekksåpning. Den fleksible skjøt-sammenstillingen innbefatter en fleksibel skjøt og kan også innbefatte en svivel-skjøt. Fleksible skjøter og svivelskjøter vil være kjent for fagmenn på området og er ikke nærmere omtalt.

En del av strekk-sammenstillingen for å holde stigerøret 118 strekkbelastet, er vist nær glideskjøt-sammenstillingens 100 øvre ende 120. En rotasjons-strekkring 112 omgir glideskjøt-sammenstillingen. Strekkringen 112 er utstyrt med knas-ter 114 som kabler (ikke vist) føres gjennom. Slike strekk-sammenstillinger for å holde stigerør strekkbelastet vil være kjent for fagmenn på området og er ikke omtalt her.

Fig. 3 viser et partialt snitt-riss av glideskjøt-sammenstillingen. For klarhe-tens skyld er den vist frakoblet fra den fleksible skjøt-sammenstillingen 110. Rotasjons-strekkringen 112 er vist sammen med knastene 114. Rotasjons-strekkringen 112 og et nedad-forløpende, sylindrisk parti 122 kan ansees å danne et ytterhus. Innvendig i rotasjons-strekkringen 112 er det ved hjelp av lågere 119 opplagret et innerhus 120. Dette tillater rotasjonsbevegelse mellom innerhuset 120 og strekkringen 112. Innerhuset har hovedsakelig sylindrisk form med en leppe 124 ved sin nedre ende. Et spor 126 strekker seg omkretsmessig rundt innemusets innvendige vegg. Nær bunnen av det sylindriske parti 122 og på dets innside er det en skulder 141. En hurtigkoblingsanordning 142 ved bunnen av ytterhuset benyttes til å koble glideskjøt-sammenstillingen til stigerøret 118 (ikke vist i fig. 3).

Glideelementet 128 i glideskjøt-sammenstillingen håret hode 132 og en nedad forløpende sylindrisk hoveddel 134. Hodet er dimensjonert til å innpasses på innsiden av innerhuset 120 mens hoveddelen 134 er dimensjonert til å innpasses i ytterhuset. Hodet er utstyrt med en nedlåsingsring (eller segmenter av nedlåsingsring) 130 som er konstruert for inngrep med det sylindriske spor 126 i innerhuset i en låst stilling og tillate glidebevegelse (i en vertikal retning) av glideelementet i en ulåst stilling. Glideelementet er utstyrt med et antall hydrauliske ledere for styring av dets drift. Disse er betegnet med 148,150,152, og 154 og er omtalt nedenfor.

Når glideelementet 128 er i låst stilling, danner hoveddelens 134 bunnende 136 en metallisk tetning 146 mot skulderen 141 i ytterhuset. Denne tetning 146 danner den primære høytrykkstetningen når glideelementet 128 er i låst stilling. Sekundære 140 og tertiære 138 høytrykkstetninger er også anordnet mellom glideelementets hoveddel 134 og ytterhuset 122 som støtte eller reserve for hoved-høytrykkstetningen 146. Sekundær- og tertiær-tetningene er fortrinnsvis laget av et elastomermateriale. Dessuten er det også anordnet en dynamisk lavtrykkstetning 136 for ringrommet mellom glideelementets hoveddel 134 og ytterhuset 122.

Et antall hydrauliske ledere som utfører forskjellige funksjoner leder inn i glideelementets hode 132. Lederne 148 og 150 aktiverer nedlåsingsringens 130 sperre-/løse- og låse-/åpne-mekanisme. Lederen 152 aktiverer den dynamiske lavtrykkstetningen 136. Lederen 154 er anordnet for å overvåke trykket i rommet 144 mellom primær- og sekundær-tetningene 146,140. Denne kan også benyttes til å overvåke glideelementets 128 stilling i forhold til ytterhuset og følgelig effekti-viteten av den metalliske primærtetning.

Glideskjøtens virkemåte skal nå forklares. Under normale forhold, er brønnhode-sammenstillingen i den åpne stilling, og trykket i stigerøret 118 vil være høyt. Stigerørstrengen 118, rotasjons-strekkringen 112, den fleksible skjøt-sammenstillingen 110 (og strømningshode-sammenstillingen i fartøyets underdekksåpning, ikke vist) beveges som en enhet, slik at det ikke forekommer noen relativ bevegelse mellom strømningshode-sammenstillingen og fartøyet. Den dynamiske lavtrykkstetningen 136 kan være uvirksom på dette tidspunkt. Når det er ønskelig å utføre overhalingsoperasjoner, f.eks. kjøre en kabel, lukkes brønn-hode-sammenstillingen, slik at det ikke er noen direkte forbindelse mellom stigerørets 118 innside og brønnen 104. Trykket i stigerør-sammenstillingen avlastes og låseringen 130 bringes ut av inngrep. Dette tillater relativ bevegelse mellom glideelementets hoveddel 134 og ytterhuset 122. Den dynamiske lavtrykkstetningen aktiveres. I denne tilstand frakobles strømningshode-sammenstillingen (ikke vist) over glideelementet 128 og den fleksible skjøt-sammenstillingen 110 fra stigerørstrengen 118. Verktøy-utskifting kan trygt utføres av mennesker i underdekksåpningen. Når de nye verktøy er blitt innført i strømningshode-sammenstillingen og nedsenket til brønnhodet, bringes nedlåsingsringen 130 i inngrep, og brønnhodet åpnes opp. På denne måten gjør oppfinnelsen det mulig å frakoble relativ bevegelse av stigerør-sammenstillingens øvre ende fra stigerør-sammenstillingens nedre ende.

Claims (18)

1. Glideskjøt-sammenstilling (100) for bruk med en stigerørstreng (118) og et fartøy (10) i en vannmasse (20), hvilket fartøy (10) har en strekkbe-lastningsmekanisme og en strømningshode-sammenstilfing (32), hvilken stigerørstreng (118) er driftsmessig forbundet med et brønnhode (102) ved bunnen av vannet, karakterisert ved at glideskjøt-sammenstillingen (100) omfatter. (a) et første element med (i) et hovedsakelig sylindrisk ytterhus (122) som er koblet til en toppende av stigerørstrengen (118) ved hjelp av en koblingsanordning (142) ved en bunnende av ytterhuset, og (ii) en strekkring (112) som er koblet til strekkbelastningsmekanismen for å tillate relativ vertikal bevegelse mellom stigerør-strengen (118) og fartøyet (10), hvilken strekkbelastningsring (112) er anordnet mellom en toppende av ytterhuset og strekkbelastningsmekanismen; og (b) et andre element driftsmessig koblet til strømningshode-sammenstillingen (32) og i forskyvbar kontakt med det første element ved inn-føring i det første element, idet det andre element videre har en låsemekanisme (130) innrettet til å virke mellom en låst stilling i hvilken det andre element er fastlåst til det første element, og en åpen stilling i hvilken det andre element fritt kan beveges i forhold til det førs-te element.

2. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 1,

3. karakterisert ved at det første element videre omfatter et hovedsakelig sylindrisk innerhus (120) som bæres av et lager (119) på ytterhuset (122) i tilgrensning til ytterhusets toppende, hvilket lager tillater rotasjonsbevegelse av innerhuset i forhold til ytterhuset, og hvor låsemekanismen (130) står i inngrep med et rundtløpende spor (126) i innerhuset. 3. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at andre element videre omfatter en hoveddel (134) med nevnte låsemekanisme (130) og en foring (146) som strekker seg nedad fra hoveddelen, hvilken foring (146) er innrettet til å danne en tetningskontakt ved en bunnende (136) av firingen (146) mot en skulder (141) nær bunnen av ytterhuset (122) når det andre element er innført i det første element og fastlåst til dette.

4. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at låsemekanismen (130) videre omfatter en låsering.

5. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 3, karakterisert ved at videre omfatter minst en ytterligere tetning (138, 140) i et ringrom mellom det andre element (128) og ytterhuset (122).

6. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 5, karakterisert ved at den minst ene ytterligere tetning omfatter minst en høytrykkstetning (138) og en lavtrykkstetning (136).

7. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 6, karakterisert ved at den minst ene høytrykkstetning omfatter to høy-trykkstetninger (138, 140).

8. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 6, karakterisert ved at den minst ene høytrykkstetning (138, 140) er laget av elastomermateriale.

9. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 5, karakterisert ved at den videre omfatteren trykk-overvåker (154) mellom den minst ene ytterligere tetningen (140) og tetningskontakten mellom det første element og skulderen (141) på ytterhuset (122).

10. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at koblingsanordningen (142) er en hurtigkoblingsanordning.

11. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre element er innrettet til å kobles til en fleksibel skjøt-sammenstilling (110) ved hjelp av et spennhylse- og traktarrange-ment (116) som innbefatter en hydraulisk hurtigutløsnings-mekanisme, idet den fleksible skjøt-sammenstilling (110) er koblet til strømningshode-sammenstillingen (32).

12. Glideskjøt-sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at videre omfatter minst en hydraulisk leder (148, 150, 152, 154) som er innrettet til å utføre minst en oppgave valgt fra: (i) betjening av en lås på låsemekanismen (130), (ii) betjening av en sperre på låsemekanismen, (iii) betjening av en lavtrykkstetning (136) mellom det første og andre element, (iv) overvåking av de første og andre elementers relative posisjoner, og (v) overvåking av trykk ved et sted mellom det første og andre element.

13. Fremgangsmåte for bruk av en strømningshode-sammenstilling (32) på et fartøy (10) på en vannmasse (20) med en stigerørstreng (118) koblet til et brønn-hode (102) ved bunnen av vannmassen, karakterisert ved at den omfatter: (a) kobling av et første element av en glideskjøt-sammenstilling (100) til stigerørstrengens (118) toppende ved hjelp av en koblingsanordning (142), (b) kobling av glideskjøt-sammenstillingens første element til en strekk-belastningsmekanisme på fartøyet (10) for å tillate relativ vertikal bevegelse mellom stigerørstrengen (118) og fartøyet (10); (c) driftsmessig kobling av et andre element av en glideskjøt-sammen-stilling (100) til strømningshode-sammenstillingen (32); (d) innføring av glideskjøt-sammenstillingens andre element i det første element for å tillate relativ bevegelse mellom det første og andre element; og (e) utførelse av operasjoner ved strømningshode-sammenstillingen (32) uavhengig av relativ bevegelse mellom siderørstrengen (118) og far-tøyet (10).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at den videre omfatter bruk av en låsemekanisme (130) på det andre element for å låse det andre element til det første element for driftsmessig å koble strømningshode-sammenstillingen til stigerørstrengen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at den videre omfatter bruk av en dynamisk lavtrykkstetning mellom det første og andre element.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter overvåking av trykk mellom det første og andre element.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av en posisjon av det andre element i forhold til det første element.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter bruk av minst en hydraulisk leder (148, 150, 152, 154) som er koblet til glideskjøt-sammenstillingen (32) for én eller flere oppgaver valgt fra: (i) betjening av en lås på låsemekanismen, (ii) betjening av en sperre på låsemekanismen, (iii) betjening av en lavtrykkstetning (136) mellom det første og andre element, (iv) overvåking av de første og andre elementers relative posisjoner, og (v) overvåking av trykk ved et sted mellom det førs-te og andre element.