NO321119B1 - Undersjoisk hydraulisk koplingselement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt hydrauliske koplinger, spesielt hydrauliske koplinger anvendt i undersjøiske borings- og produksjons-applikasjoner. Mer spesifikt involverer foreliggende oppfinnelse et hydraulisk koplingselement med en redusert sondediameter og strømningsporter i sonden som er konstruert for å hindre inntrengning av etterlatenskaper i det hydrauliske systemet.

Undersjøiske hydrauliske koplinger er godt kjent teknikk. Koplingene består vanligvis av et hann-element og et hunn-element med tette fluidbaner koplet derimellom. Hunn-elementet er vanligvis et sylindrisk hus med et longitudinalt gjennomløp med en relativt stor diameter i den ene enden og et longitudinalt gjennomløp med en relativt liten diameter i den andre. Det lille gjennomløpet forenkler tilkopling til hydraulikkledninger mens det store gjennomløpet tetter og fester koplingens hann-element på en glidende måte. Hann-elementet inkluderer en sylindrisk andel i den ene enden med en utvendig diameter som er omtrent lik diameteren til det store gjennomløpet i hunn-elementet av koplingen. Hann-elementet inkluderer også en kopling i sin andre ende for å forenkle sammenkopling med hydraulikkledninger. Når den sylindriske andelen av hann-elementet føres inn i det store gjennomløpet i hunn-elementet, ifølge forskjellige utførelsesformer av anordningen, etableres det en fluidstrømning mellom hann- og hunn-elementene. Mange koplinger av denne typen er vist i patenter eiet av National Coupling Company, Inc. i Stafford, Texas.

I undersjøiske borings- og produksjonsanvendelser, kan koplingens hann-element forbindes til en rørstokk-plate (eng: manifold plate) eller en annen festeanordning ved en undersjøisk lokalisasjon på innsiden eller utsiden av et brønnhull. I mange tilfeller er hann-elementene plassert slik at enden, eller den ledende flaten, av hvert element peker vertikalt oppover fra havbunnen. Hunn-elementene, som også kan festes til en rørstokk-plate, føres i stilling ovenfor hann-elementene og senkes deretter ned over hann-elementene av en dykker eller et undersjøisk kjøretøy, så som et ROV (fjernstyrt kjøretøy). Når hunn-elementene plasseres på hann-elementene, går typisk strømningen fra hunn-elementet til hann-elementet i hver kopling. Det ene av, eller begge, koplingselementene har typisk rørventiler.

Hver seteventil inkluderer typisk en konisk ventilflate som legges an mot,

i lukket stilling, et ventilsete i koplingselementet. Seteventilen åpnes for å muliggjøre strømning av fluid, og lukkes mot ventilsetet inne i gjennomløpet for å opphøre strømningen. Vanligvis er seteventilen fjærbelastet mot lukket stilling. Ventilen kan inkludere en ventilaktuator som kan være en nese eller en stamme som går ut fra toppunktet på ventilflaten langs rørventilens lengdeakse.

Borehull hvor koplingere er plassert inneholder ofte etterlatenskaper. Hann-elementet, som forblir nede i dypet når koplingen frakoples, utsettes for etterlatenskaper som akkumuleres i eksponerte strømningspassasjer når det frakoples hunn-elementet. Etterlatenskapene kan kontaminere hydralikkfluidet eller forårsake slitasje på tetningene og tetningsflatene i de hydrauliske koplingene og hydraulikksystemet.

De eksponerte strømningspassasjene i hann-koplingselementet kan ligge inntil enden eller den ledende flaten av sondeseksjonen, hann-koplingselementet. I tillegg, når seteventilen er plassert inne i hann-elementet, vil etterlatenskaper kunne akkumuleres i den andelen av hann-elementet som ligger mellom den ledende flaten og rørventilen, noen ganger kalt sondeseksjonen. For eksempel, i koplinger som har seteventilen i hus-seksjonen, er det en risiko for at det skal akkumuleres etterlatenskaper i sondeseksjonen når seteventilen stenges. Det er nødvendig med et koplingselement for å forhindre at etterlatenskapene akkumuleres i sondeseksjonen, for å hindre at slike etterlatenskaper kommer inn i hydraulikkledningene, og for å hindre forstyrrelse med ventilaktuatoren som går ut fra rørventilen.

I U.S.-patentet 5 692 538 til Robert E. Smith III, overdratt til National Coupling Company, Inc., er det vist et undersjøisk koplingselement med vinklede strømningspassasjer i huset til hann-elementet som hjelper til med å forhindre inntrengning av etterlatenskaper. Når hunn-elementet koples til hann-elementet, driver hydraulisk trykk gjennom de vinklede strømningsportene og mot rørventilens frontflate, seteventilen i hann-elementet til åpen stilling for å muliggjøre strømning av fluid mellom koplingselementene. Rørventilen, i kombinasjon med de vinklede strømningsportene i hann-elementets hus, hjelper til med å forhindre inntrengning av etterlatenskaper, mens de tillater fanget fluidtrykk å avlurtes ut når koplingselementene frakoples.

t den senere tid har det oppstått et behov for undersjøiske hydrauliske koplinger for systemer på ekstremt dypt vann. Det er ønskelig å redusere størrelsen og vekten av hvert koplingselement for slike systemer. For eksempel er det ønskelig å redusere diameteren til sondeseksjonen i hann-elementet, for således å redusere størrelsen av og vekten til koplingselementet. Det er imidlertid fortsatt behov for å opprettholde en høy strømningsmengde av hydraulikkfluid gjennom koplingselementene og det hydrauliske systemet av hvilket koplingen er en del. Det er også et behov for en undersjøisk hydraulisk kopling som forhindrer at avsetninger og andre partikler kommer inn i hydraulikkledningene.

Foreliggende oppfinnelse ligger i et undersjøisk hydraulisk koplingselement med en seteventil i koplingens hus-seksjon, en ventilaktuator utgående fra seteventilen gjennom en sondeseksjon med redusert diameter, og mange vinklede strømningsporter i sondeseksjonen for å forhindre etterlatenskaper, inklusive sand, boreslam, partikler, rust, etc. fra å komme inn i koplingen og hydraulikksystemet En ventilaktuator går gjennom sondeseksjonen og ut fra den ledende flaten av hann-elementet, og kan drives aksielt for å åpne seteventilen i hann-elementet. Hydraulikkfluid kan da strømme gjennom de vinklede portene, rundt ringrommet mellom ventilaktuatoren og gjennomløpet i hann-elementet, og forbi seteventilen i hann-elementet.

De vedlagte figurene utgjør en del av spesifikasjonen og er inkludert for ytterligere å demonstrere visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen vil forstås bedre ved henvisning til én eller flere av disse figurene i kombinasjon med den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av spesifikke utførelsesformer.

Figur 1 er et seksjonssnitt av et hann-element av koplingen ifølge en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Koplingen ifølge foreliggende oppfinnelse inkluderer et hann-element 10 med en sondeseksjon 11 og en hus-seksjon 12. Hann-elementet står typisk vendt oppover fra havbunnen slik at den ledende flaten eller den første enden 18 er rettet oppover og den andre enden 22 er rettet nedover. Den andre enden av hann-elementet festes vanligvis til en rørstokk-plate med forskjellige anordninger, så som festeskruer eller gjenger. Teknikker for å feste hydrauliske koplingselementer til slike rørstokk-plater er velkjent for fagfolk på området.

Hus-seksjonen 12 av hann-elementet inkluderer en sylindrisk seksjon 13 og en flens 14 . Flensen 14 terminerer ved sondeseksjonen 11. Sondeseksjonen, i en foretrukket utførelsesform, har en stegvis sylindrisk utvendig diameter, med en første seksjon 15, en andre seksjon 16, og en tredje seksjon 17 som terminerer ved den ledende flaten 18. Når sondeseksjonen i hann-elementet føres inn i gjennomløpet i hunn-elementet, har den første seksjonen -15 fortrinnsvis en glidende passform med hunn-elementet. Den tredje seksjonen 17 i hann-elementet har en diameter som er tilstrekkelig mye mindre enn den innvendige diameteren til hunn-elementets gjennomløp til å muliggjøre strømning av fluid i ringrommet mellom den tredje seksjonen 17 i hann-elementet og gjennomløpet i hunn-elementet. Hydraulikkfluid som strømmer i ringrommet 17 entrer hann-elementet via de vinklede strømnings-portene 19, hvilket beskrives mer i detalj nedenfor.

Hann-elementet har et sentrert gjennomløp 30 i lengderetningen. En seteventil er plassert i hus-seksjonen 12 av hann-elementet. Seteventilen har en konisk ventilflate 38 som tetter mot ventilsetet 32 når ventilen er i lukket stilling. Seteventilen har også et sylindrisk ventilhus 36 som har en glidende passform med den sylindriske passasjen 33 i hann-elementets hus. Den spiralformede ventilfjæren 41 anvendes for å drive ventilflaten 38 til lukket stilling mot ventilsetet 32. Den spiralformede ventilfjæren er plassert inne i den sylindriske passasjen 32 og forankret i den hule fjærkragen 42 som holdes på plass med krageringen 43.

Utgående fra ventilflaten 38 er en ventilaktuator 39 som er en sylindrisk stamme gående langs lengdeaksen til sondeseksjonen i hann-elementet. Ventilstammen går gjennom åpningen 21 i den ledende flaten 18 av hann-elementet. Når tuppen 20 av ventilaktuatoren drives i lengderetningen, beveger ventilaktuatoren seteventilen til åpen stilling slik at hydraulikkfluid kan strømme gjennom ringrommet som omgir den tredje seksjonen 17 i sonden, gjennom de vinklede strømningsportene 19 og gjennom ringrommet 29 mellom ventilaktuatoren og gjennomløpet 34 som går gjennom sondeseksjonen. HydrauIikkfIuidet vil deretter strømme forbi seteventilen 38 og ut gjennom det sentrerte gjennomløpet 30 i den andre enden 22 av hann-elementet.

I en foretrukket utførelsesform er ikke diameteren til ventilaktuatoren 39 større enn halvparten av den innvendige diameteren til den sylindriske passasjen 34, og fortrinnsvis mindre enn halvparten av den innvendige diameteren til den sylindriske passasjen 34. Dette muliggjør en adekvat strøm av hydraulikkfluid gjennom ringrommet 29 mellom ventilaktuatoren og den sylindriske passasjen i hann-elementet.

Ved å plassere seteventilen i hus-seksjonen av hann-elementet, i stedet for i sondeseksjonen av hann-elementet, kan de utvendige dimensjonene til hann-elementet reduseres betydelig uten å redusere strømningsmengden, eller volumet, av hydraulikkfluid som passerer gjennom koplingen. Mer spesifikt reduseres den utvendige diameteren til sondeseksjonen 11 uten at vegg-tykkelsen til sondeseksjonen 11 reduseres, eller at strømmen av hydraulikkfluid gjennom den sylindriske passasjen 34 i sondeseksjonen reduseres.

Ventilaktuatoren, som er konstruert for å legges an mot en motstående ventilaktuator gående ut fra seteventilen i hunn-elementet, åpner seteventilen i hann-elementet på en robust måte når aksielle eller longitudinale krefter anvendes mot tuppen 20 av ventilaktuatoren. Åpningen 21 i den ledende flaten 18 av hann-elementet er dimensjonert for oppnå en glidende gjennomføring av

ventilaktuatoren derigjennom. Hydraulikkfluid entrer hann-elementet gjennom to eller flere vinklede strømningsporter 19. Strømningsportene er vinklet slik at etterlatenskaper, partikler, sand, boreslam rust, osv. ikke kan komme inn i hydraulikksystemet gjennom hann-elementet når dette er plassert på havbunnen. Typisk, selv med havdyp på tusen meter eller mer, utsettes slike etterlatenskaper for gravitasjonskrefter som ofte gjør at slike etterlatenskaper akkumuleres i eksponerte passasjer. De vinklede strømningsportene er konstruert slik at den ytre fremre enden av hver strømningsport er plassert nedover, eller lengre fra hann-elementets ledende flate 18, enn den indre enden av hver vinklede strømningsport. Følgelig reduserer de vinklede strømnings-portene betydelig, eller eliminerer, risikoen for akkumulering av etterlatenskaper i hydraulikksystemet gjennom hann-elementet.

Med seteventilen plassert i hus-seksjonen, istedet for i sondeseksjonen, av hann-elementet, kan dimensjonene og vekten av hvert koplingselement reduseres betydelig. Dette gir fordeler ved håndtering av koplingselementer på betydelige havdyp. Ventilaktuatoren som går gjennom sondeseksjonen bør imidlertid ikke være til hinder for å holde strømningsmengden eller -volumet på et ønsket nivå. Ikke bare må de vinklede strømningsportende ha en tilstrekkelig diameter til at de muliggjør den ønskede gjennomstrømningsmengden av hydraulikkfluid, men ringrommet 29 gjennom sondeseksjonen må også være tilstrekkelig stort til å muliggjøre gjennomstrømning av den ønskede mengden hydraulikkfluid gjennom hann-elementet av koplingen. Den ønskede strømningsmengden gjennom sondeseksjonen i koplingens hann-element oppnås ved plassering av seteventilen i hus-seksjonen av hann-elementet, med aktuatoren gående gjennom sondeseksjonen og ut av den ledende flaten 18 av sondeseksjonen.

Selv om ikke hver enkelt av variasjonene i utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse realiserer alle oppfinnelsens fordeler, kan visse egen-skaper være viktigere enn andre for forskjellige anvendelser av oppfinnelsen. Oppfinnelsen er følgelig kun begrenset av rekkevidden til de etterfølgende patentkravene.

Claims (12)

1. Undersjøisk hydraulisk koplingselement, omfattende: (a) en husseksjon og en sondeseksjon, et gjennomløp i lengderetningen som går gjennom begge seksjonene, idet sondeseksjonen har en utvendig overflate med en avtrappet utvendig diameter og en ledende flate, og den ledende flaten har en åpning derigjennom; (b) en-seteventiU-det-longitudinale-gjennomløpet i husseksjonen for å styre strømningen av hydraulikkfluid gjennom gjennomløpet, idet seteventilen på en glidende måte kan føres mellom åpen stilling og lukket stilling, og seteventilen forspennes mot lukket stilling; (c) at minst én fluidpassasje i sondeseksjonen har en første ende i gjennomløpet og en andre ende gjennom den sylindriske utvendige overflaten av sondeseksjonen, idet fluidpassasjen skrår nedover fra den første enden til den andre enden når huset er plassert med den ledende flaten av sondeseksjonen rettet oppover; og (d) en ventilaktuator i det longitudinale gjennomløpet i sondeseksjonen, idet ventilaktuatoren er festet til seteventilen og gående i lengderetningen gjennom åpningen i gjennomløpets ledende flate, idet aktuatoren kan beveges ved anvendelse av longitudinale krefter mot denne for å drive seteventilen til åpen stilling slik at det strømmer hydraulikkfluid gjennom fluidpassasjen og gjennomløpet.

2. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1, hvor den sylindriske utvendige overflaten av sondeseksjonen har en større diameter og en mindre diameter, idet den andre enden av fluidpassasjen går gjennom den mindre diameteren.

3. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1, hvor gjennomløpet i lengderetningen er trinnvist, idet diameteren til gjennom-løpet i husseksjonen er større enn diameteren til gjennomløpet i sondeseksjonen.

4. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 3, hvor ventilaktuatoren er sylindrisk og har en diameter som er mindre enn halvparten av diameteren til gjennomløpet i sondeseksjonen.

5. Hann-element av en undersjøisk hydraulisk kopling for sammenkopling med et hunn-element av en undersjøisk hydraulisk kopling, omfattende: (a) et hunnkjønns koplingselement og et hannkjønns-koplingselement omfattende en sylindrisk sonde med en første seksjon med en utvendig diameter dimensjonert for å gi en glidende passform med hunn-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen, en andre seksjon med en utvendig diameter som er mindre enn den første seksjonen for å frembringe et ringrom mellom den andre seksjonen og hunn-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen som er tilstrekkelig for gjennomstrømning av hydraulikkfluid derigjennom når hann-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen tilkoples hunn-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen, idet den andre seksjonen terminerer i en ledende flate, og har vinklede strømningsporter derigjennom, idet hver vinklede strømningsport har en innover vendt ende og en utover vendt ende, og den utover vendte enden går gjennom den utvendige diameteren til den andre seksjonen på et sted plassert lenger vekk fra den ledende flaten; idet hannkjønnselementet har en tredje seksjon med en utvendig diameter større enn den første seksjonen; kun de første og de andre seksjonene av sonden er dimensjonert til å passe i hunkjønnselementet; og (b) en ventil i den tredje seksjonen for å styre strømningen av hydraulikkfluid gjennom hann-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen, idet ventilen har en aktuator gående i lengderetningen gjennom de første og andre seksjonene av den sylindriske sonden og ut fra den ledende flaten, og aktuatoren kan komprimeres for å åpne ventilen og gi en strømning av fluid fra hann-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen, gjennom de vinklede portene og ringrommet, til hunn-elementet av den undersjøiske hydrauliske koplingen.

6. Hann-element av en undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 5, videre omfattende et trinnvist innvendig gjennomløp gjennom den sylindriske sonden.

7. Hann-element av en undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 6, videre omfattende et ventilsete inne i det trinnvise innvendige gjennomløpet.

8. Hann-element av en undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 7, videre omfattende-en-fjærsom-driver_ventilen-motnevnte.ventilsete.

9. Hann-element av en undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 6, videre omfattende et andre ringrom mellom aktuatoren og det trinnvise innvendige gjennomløpet..

10. Undersjøisk hydraulisk koplingselement, omfattende: (a) et sylindrisk hus med en første ende og en andre ende, en avtrappet utvendig diameter med et flertall progressivt økende diametre fra den første enden til den andre enden, et sentrert gjennomløp gjennom huset og en ventil i det sentrerte gjennomløpet i husets største diameter for å styre fluid-strømningen derigjennom, idet ventilen har en aktuator gående fra denne og gjennom den minste diameteren av huset og ut av den første enden av det sylindriske huset, og aktuatoren har en diameter som er mindre enn diameteren til det sentrerte gjennomløpet og danner et ringrom derimellom; og (b) mange vinklede strømningsporter gjennom det sylindriske gjennomløpet inntil den første enden av dette, idet aktuatoren kan beveges mot den første enden av det sylindriske huset for å åpne ventilen og tillate hydraulikkfluid å strømme gjennom de vinklede portene, ringrommet, det sentrerte gjennomløpet og den andre enden av huset.

11. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 10, hvor hver av de vinklede strømningsportene har en innvendig ende og en utvendig ende, idet den innvendige enden er plassert nærmest den første enden av det sylindriske huset.

12. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 10, hvor ventilen er forspent mot en lukket stilling.