NO324137B1

NO324137B1 - Safety joint for riser

Info

Publication number: NO324137B1
Application number: NO20061225A
Authority: NO
Inventors: Sam Dehghan
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-03
Also published as: NO20061225A

Description

Oppfinnelsen omhandler en anordning ved en skjøt, spesielt en sikkerhetsskjøt for et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter et sylindrisk hus som avgrenser en fluidkanal og er festet til installasjonen ved hjelp av midler som er innrettet til å brytes ved en forhåndsbestemt aksial last, idet skjøten omfatter en ventil for lukking av fluidkanalen samt midler for å aktuere ventilen til lukning ved brudd av skjøten, hvilke midler omfatter en innretning som er forbundet med den faste installasjon. The invention relates to a device at a joint, in particular a safety joint for a riser extending between a vessel and an underwater installation, which joint comprises a cylindrical housing defining a fluid channel and is attached to the installation by means of means which are arranged to be broken by a predetermined axial load, the joint comprising a valve for closing the fluid channel as well as means for actuating the valve to close when the joint breaks, which means comprise a device which is connected to the fixed installation.

Operasjoner i havbunnsbrønner foregår vanligvis ved at det etableres en lukket søyle som forbinder brønnen med et fartøy på overflaten som vil gi en sikker adgang til brønnen. En slik søyle betegnes vanligvis som et stigerør eller stigerørsystem og omfatter ikke bare selve røret men også flere andre innretninger som i tillegg til selve røret er nødvendig for sikker adgang til brønnen. Alle operasjoner nede i brønnen foregår gjennom stigerøret idet dette danner en barriere mellom brønnfluider og det omgivende sjøvann. Arbeidene utføres på en "levende" brønn, dvs. at brønnen er åpen helt opp til fartøyet med brønnfluider som har et trykk tilsvarende formasjonstrykket. Stigerøret må derfor være dimensjonert for å kunne motstå høye brønntrykk. Motsatt kan en ukontrollert utblåsning gjøre at stigerøret fylles med gass fra brønnen noe som vil føre til at trykket inne i stigerøret synker tilnærmet mot null. Operations in seabed wells usually take place by establishing a closed column that connects the well with a vessel on the surface that will provide safe access to the well. Such a column is usually referred to as a riser or riser system and includes not only the pipe itself but also several other devices which, in addition to the pipe itself, are necessary for safe access to the well. All operations down in the well take place through the riser, as this forms a barrier between well fluids and the surrounding seawater. The work is carried out on a "live" well, i.e. the well is open right up to the vessel with well fluids that have a pressure corresponding to the formation pressure. The riser must therefore be sized to withstand high well pressures. Conversely, an uncontrolled blowout can cause the riser to be filled with gas from the well, which will cause the pressure inside the riser to drop almost to zero.

Stigerørsystemet omfatter vanligvis en nedre stigerørspakke LRP (Lower Riser Package) med et antall ventiler for å stenge ned brønnen, og som dermed funksjonsmessig tilsvarer en boresikringsventil (BOP). Videre er anordnet en nødfrakoblingspakke EQDP (Emergency Quick Disconnect Package) og en bøyeskjøt (stress joint). I øvre ende av stigerøret, dvs i fartøyet, er vanligvis anordnet en overflate BOP. I tillegg kan stigerøret være utstyrt med bøyeledd, oppdriftselementer samt eventuelle andre innretninger for operasjoner på en havbunnsbrønn. The riser system usually comprises a lower riser package LRP (Lower Riser Package) with a number of valves to shut down the well, and which is thus functionally equivalent to a well protection valve (BOP). Furthermore, an emergency disconnection package EQDP (Emergency Quick Disconnect Package) and a bending joint (stress joint) are arranged. A surface BOP is usually arranged at the upper end of the riser, i.e. in the vessel. In addition, the riser can be equipped with flexures, buoyancy elements and any other devices for operations on a seabed well.

Når operasjoner skal gjøres på brønner plassert på større havdyp, benyttes et fartøy som holdes i riktig posisjon ved hjelp av propellere og/eller trustere. Slike fartøy kalles dynamisk posisjonerte (DP) fartøy. Slike fartøy er svært avhengige av at alle systemer fungerer tilfredsstillende og vanlig praksis krever at de er utstyrt med flere systemer som sikkerhet mot at fartøyet ikke driver av fra sin posisjon. When operations are to be carried out on wells located at greater sea depths, a vessel is used which is held in the correct position by means of propellers and/or thrusters. Such vessels are called dynamically positioned (DP) vessels. Such vessels are highly dependent on all systems functioning satisfactorily and common practice requires them to be equipped with several systems as security against the vessel not drifting away from its position.

Under operasjoner fra et dynamisk posisjonert fartøy vil det kunne oppstå situasjoner hvor det blir nødvendig raskt å forlate posisjonen over brønnen. Dette kan være kontrollert, så som et varsel om forverrede værforhold gjør det nødvendig å evakuere posisjonen, eller ukontrollert, i tilfelle noen av systemene feiler og fartøyet begynner å drive av posisjonen. En slik situasjon kan også oppstå ved plutselig dårlig vær men spesielt i situasjoner hvor fartøyets systemer ikke er i stand til å holde fartøyet i korrekt posisjon over brønnen. Konsekvensene av en slik situasjon kan være at hivkompenseirngssystemet bunner ut eller at stigrøret kommer i en uakseptabel vinkel som medfører belastninger over stigerørets designlast. During operations from a dynamically positioned vessel, situations may arise where it becomes necessary to quickly leave the position above the well. This can be controlled, such as a warning of deteriorating weather conditions making it necessary to evacuate the position, or uncontrolled, in the event that any of the systems fail and the vessel begins to drift off position. Such a situation can also arise in the event of sudden bad weather, but especially in situations where the vessel's systems are unable to keep the vessel in the correct position over the well. The consequences of such a situation can be that the heave compensation system bottoms out or that the riser comes at an unacceptable angle which causes loads above the riser's design load.

Slike situasjoner kan forårsake brudd i stigerøret. I slike situasjoner er det viktig at bruddet kontrolleres, dvs. at det kommer på et sted hvor brønnens barrierer forblir intakte. Such situations can cause a break in the riser. In such situations, it is important that the break is controlled, i.e. that it occurs in a place where the well's barriers remain intact.

Brudd på stigerøret kan forårsake skade på fartøyet og være farlig for personell i tillegg til å kunne forårsake miljøskader, dvs. utslipp av hydrokarboner, hydraulisk fluid elle lignende. Dette kan skje på grunn av energien i det strekte stigerør og innholdet i stigerøret. En kompliserende faktor vil være til stede dersom stigerøret har et innvendig trykk med et ustabilisert fluid eller en blanding av gass og fluid. Fluidet som da strømmer ut av stigerørets nedre ende vil forårsake en oppoverrettet kraft som søker å presse stigerøret opp i riggen mot hivkompenseringen og dermed gjøre situasjonen mer ustabil. I sin ytterste konsekvens kan stigerøret presses oppover med en slik kraft at utstyret i fartøyet påføres store skader og til og med havarere. En slik situasjon kan også medføre tap av menneskeliv. A break in the riser can cause damage to the vessel and be dangerous for personnel in addition to being able to cause environmental damage, i.e. release of hydrocarbons, hydraulic fluid or the like. This can happen due to the energy in the stretched riser and the contents of the riser. A complicating factor will be present if the riser has an internal pressure with an unstable fluid or a mixture of gas and fluid. The fluid that then flows out of the lower end of the riser will cause an upward force that seeks to push the riser up into the rig against the heave compensation and thus make the situation more unstable. In its extreme consequence, the riser can be pushed upwards with such force that the equipment in the vessel is severely damaged and even damaged. Such a situation can also result in the loss of human life.

Fra publikasjonen WO 2004/055316 er det kjent en verktøystreng for bruk i en brønn som omfatter en sikkerhetsskjøt som brytes ved oppoverrettet strekk. Hver del av skjøten omfatter en ventil som er innrettet til å lukke når delene frakobles. Ventilen omfatter et hydraulisk stempel tilknyttet en hydraulisk kraftforsyning fra overflaten samt en returfjær. Når det hydrauliske trykk tapes pga bruddet i skjøten vil stempelet avlastes og returfjæren sørge for at ventilen lukkes. Ulempen ved denne løsning er at den hydrauliske kraftforsyning er sårbar for feil. En feil som gjør at trykket synker vil medføre uønsket lukking av ventilen(e). Hvis dette for eksempel skjer når utstyr befinner seg inne i verktøystrengen og en frakoblingssituasjon oppstår kan det oppstå en svært farlig situasjon som kan medføre utslipp av hydrokarboner og sågar sette menneskeliv i fare. From the publication WO 2004/055316, a tool string for use in a well is known which comprises a safety joint that breaks when pulled upwards. Each part of the joint includes a valve which is adapted to close when the parts are disconnected. The valve comprises a hydraulic piston connected to a hydraulic power supply from the surface and a return spring. When the hydraulic pressure is lost due to the break in the joint, the piston will be relieved and the return spring will ensure that the valve closes. The disadvantage of this solution is that the hydraulic power supply is vulnerable to failure. An error that causes the pressure to drop will result in the unwanted closing of the valve(s). If this happens, for example, when equipment is inside the tool string and a disconnection situation occurs, a very dangerous situation can arise that can lead to the release of hydrocarbons and even endanger human life.

Vår tidligere inngitte norske patentsøknad nr. 20043933 omhandler en sikkerhetsskjøt av ovennevnte type hvor aktuatoren for ventilen i den ene delen av skjøten er mekanisk forbundet med den andre delen av skjøten slik at kreftene som oppstår når delene trekkes fra hverandre benyttes som energikilde for ventilaktuatoren(e). Our previously filed Norwegian patent application no. 20043933 deals with a safety joint of the above type where the actuator for the valve in one part of the joint is mechanically connected to the other part of the joint so that the forces that arise when the parts are pulled apart are used as an energy source for the valve actuator(s) ).

Oppfinnelsen søker å avhjelpe dette problemet ved å utstyre ventilen med en i og for seg kjent en returfjær, hvilken returfjær er forbundet med ventilens aktuator, og at aktueringsmidlene er forbundet med en utløsermekanisme for fjæren. The invention seeks to remedy this problem by equipping the valve with a known per se return spring, which return spring is connected to the valve's actuator, and that the actuation means are connected to a release mechanism for the spring.

Ventillukningen aktueres ved hjelp av kraften som stigerøret utsettes for under atskillelsen ved at en mekanisk overføring festet til havbunnen benyttes til å aktuere utløsermekanismen i skjøten. The valve closure is actuated by means of the force to which the riser is subjected during the separation by a mechanical transmission attached to the seabed being used to actuate the release mechanism in the joint.

Fordelaktig omfatter midlene skjærelementer til avskjæring av et rør, vaier eller kabel som befinner seg i passasjen. Advantageously, the means comprise cutting elements for cutting off a pipe, wire or cable located in the passage.

Fordelaktig benyttes to like men motsatt rettede skjøtelementer som er tilknyttet hverandre slik det er beskrevet i NO 20043933 hvor.den mekaniske overføring er festet til den ene skjøtdel og er innrettet til å aktuere utløsermekanismen i den andre skjøtdel. Advantageously, two similar but oppositely directed joint elements are used which are connected to each other as described in NO 20043933 where the mechanical transmission is attached to one joint part and is arranged to actuate the trigger mechanism in the other joint part.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger hvor In the following, the invention will be described in more detail with reference to the attached drawings where

Fig. 1 er et snitt gjennom en skjøt i åpen tilstand, Fig. 1 is a section through a joint in the open state,

Fig. 2 er et snitt gjennom en skjøt i lukket tilstand, og Fig. 2 is a section through a joint in the closed state, and

Fig. 3 viser en detalj ved mekanismen i fig. 1 Fig. 3 shows a detail of the mechanism in fig. 1

I fig. 1 er vist en skjøt 10 som er innrettet for innkobling i et rør, spesielt et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon. Skjøten har en koblingsende 12 for tilkobling til et stigerør 14 og er i hovedsak sylindrisk og har en indre passasje 13 som er innrettet i flukt med stigerørets passasje. Skjøten kan på sin andre side være forbundet med en EQDP (ikke vist). In fig. 1 shows a joint 10 which is arranged for connection in a pipe, in particular a riser which extends between a vessel and an underwater installation. The joint has a coupling end 12 for connection to a riser 14 and is essentially cylindrical and has an inner passage 13 which is arranged flush with the passage of the riser. The joint can, on the other hand, be connected to an EQDP (not shown).

Skjøten omfatter en bruddhylse 32 som er innrettet til å brytes eller skjæres av når den blir utsatt for et oppoverrettet strekk utover en forhåndsbestemt verdi. En ventil 21 er innrettet til å lukke passasjen 13. Den er i den viste utføringsform fordelaktig av en type som er beskrevet i norsk patent nr. 316189 og som består av motsatt rettede lukkestempler 23,25 som, når stemplene føres mot hverandre, er innrettet til å lukke passasjen 13. Det vises til dette skrift for en nærmere forklaring på ventilens konstruksjon og virkemåte. Ventilen omfatter en aktuator 27 som står i forbindelse med en aktueringshylse 29. Aktueringshylsen 29 omfatter en flens 31. The joint comprises a break sleeve 32 which is arranged to break or cut off when it is subjected to an upward tension beyond a predetermined value. A valve 21 is arranged to close the passage 13. In the embodiment shown, it is advantageously of a type which is described in Norwegian patent no. 316189 and which consists of oppositely directed closing pistons 23,25 which, when the pistons are moved towards each other, are aligned to close the passage 13. Reference is made to this document for a more detailed explanation of the valve's construction and operation. The valve comprises an actuator 27 which is connected to an actuation sleeve 29. The actuation sleeve 29 comprises a flange 31.

Lukkestemplene 23,25 er fordelaktig utstyrt med skjærelementer slik at de vil være i stand til å skjære av et rør, wire eller kabel som befinner seg i passasjen 13. The closing pistons 23, 25 are advantageously equipped with cutting elements so that they will be able to cut off a pipe, wire or cable located in the passage 13.

En fjærpakke 40 er anordnet i huset til delen 10 og holdes i sammenpresset tilstand mellom en øvre skulder 30, som er en del av koblingsenden 12, og nedre skuldre 33,34. Fjæren hviler også mot oversiden av flensen 31. Hver skulder 33,34 utgjør den øvre flate av en fjærutløser 30. Det kan være et antall slike fjærutløsere fordelt rundt senteraksen, men fordelaktig er det A spring pack 40 is arranged in the housing of the part 10 and is held in a compressed state between an upper shoulder 30, which is part of the coupling end 12, and lower shoulders 33,34. The spring also rests against the upper side of the flange 31. Each shoulder 33,34 constitutes the upper surface of a spring release 30. There may be a number of such spring releases distributed around the central axis, but it is advantageous

to, hvor kun den ene er vist på figurene. Fjærutløseren 30 er innrettet til å kunne beveges radielt mellom en indre stilling vist på fig. 1 og en uttrukket stilling vist på fig. 2. Når two, of which only one is shown in the figures. The spring release 30 is arranged to be able to be moved radially between an inner position shown in fig. 1 and an extended position shown in fig. 2. When

fjærutløseren 30 beveges radielt utover løses fjæren ut og beveger aktueringshylsen 29, noe som igjen beveger ventilaktuatoren 27 og lukker ventilen 21. the spring release 30 is moved radially outwards, the spring is released and moves the actuation sleeve 29, which in turn moves the valve actuator 27 and closes the valve 21.

Utløsermekanismen kan omfatte en stempelstang 37 som i en ende festet til et punkt nedenfor bruddhylsen 32, dvs til en "fast" installasjon, og i den andre ende omfatter en tannstang 38. Tannstangen er innkoblet med et tannhjul 39 som har indre gjenger som er i inngrep med gjenger på en stang 41 som igjen er festet til fjærutløseren 30. Når stangen 37 beveges i forhold til skjøten 10 vil tannhjulet 39 bringes til å rotere og medføre en bevegelse av fjærutløseren 30. Når et oppoverrettet strekk i stigerøret bryter bruddhylsen 32 vil skjøten 10 bevege seg i forhold til den faste installasjon (EQDP) som stangenden er festet til. Fjærutløseren 30 vil bevege seg sammen med skjøten, noe som vil medføre at tannhjulet 39 The trigger mechanism may comprise a piston rod 37 which is attached at one end to a point below the rupture sleeve 32, i.e. to a "fixed" installation, and at the other end comprises a rack 38. The rack is engaged with a gear wheel 39 which has internal threads which are in engagement with threads on a rod 41 which is again attached to the spring release 30. When the rod 37 is moved in relation to the joint 10, the gear wheel 39 will be caused to rotate and cause a movement of the spring release 30. When an upward tension in the riser breaks the fracture sleeve 32, the joint 10 move relative to the fixed installation (EQDP) to which the rod end is attached. The spring release 30 will move with the joint, which will cause the gear 39

tvinges til å rotere pga inngrepet med tannstangen 38. Denne bevegelsen vil medføre at fjærutløseren beveger seg radielt utover og frigjør fjæren 40. is forced to rotate due to the engagement with the rack 38. This movement will cause the spring release to move radially outwards and release the spring 40.

Stempelstangen 37 er festet på en slik måte at den også vil brytes når skjøten er helt atskilt fra hverandre. Den kan f eks være utstyrt med en eller flere bruddpinner eller en annen form for svekkelse. Pga tannstangen vil dette først skjer etter at fjærutløseren er blitt aktivert The piston rod 37 is fixed in such a way that it will also break when the joint is completely separated from each other. It can, for example, be equipped with one or more breaking pins or another form of weakening. Due to the rack, this will only happen after the spring release has been activated

Ved oppfinnelsen har man kommet frem til en løsning der man får lukket minst den ene passasje 13 i et stigerør dersom det skjer en hendelse som medfører at skjøten brytes. Ventilen(e) vil sørge for at trykk i stigerøret holdes inne og dermed ikke medfører farlige situasjoner. Dersom hendelsen skjer mens arbeide pågår i brønnen kan et kveilrør, vaier eller kabel som befinner seg inne i stigerøret også kunne skjæres av. With the invention, a solution has been arrived at where at least one passage 13 in a riser can be closed if an event occurs which causes the joint to break. The valve(s) will ensure that pressure in the riser is contained and thus does not lead to dangerous situations. If the incident occurs while work is in progress in the well, a coiled pipe, wire or cable located inside the riser can also be cut off.

Det er ovenfor beskrevet noen utføringsformer for utøvelse av oppfinnelsen men for en fagmann vil det være klart at det finnes flere andre metoder for å aktuere ventilene. Eksempelvis kan det benyttes en kileanordning som via en overføringsmekanisme skyver fjærutløserne fra hverandre. Some embodiments of the invention have been described above, but it will be clear to a person skilled in the art that there are several other methods for actuating the valves. For example, a wedge device can be used which pushes the spring releases apart via a transmission mechanism.

Skjøten kan være lokalisert hvor som helst der det er hensiktsmessig, men fordelaktig er den plassert nær havbunnen og like over skjøten for nødfrakobling (EQDP). Fordelaktig danner imidlertid skjøten en halvpart av en sammenstilling av to like men motsatt rettede skjøtdeler. De to delene kan da være sammenstilt til en bruddskjøt slik det er beskrevet i vår tidligere inngitte norske patentsøknad nr. 20043933. Det vises til denne søknad for forklaring hvordan en slik skjøtsammenstilling er satt sammen og fungerer. The joint may be located anywhere where appropriate, but advantageously it is located close to the seabed and just above the emergency disconnection joint (EQDP). Advantageously, however, the joint forms one half of an assembly of two equal but oppositely directed joint parts. The two parts can then be assembled into a split joint as described in our previously filed Norwegian patent application no. 20043933. Reference is made to this application for an explanation of how such a joint assembly is put together and works.

Claims

1. Device at a joint, such as a safety joint (10) for a riser extending between a vessel and an underwater installation, which joint comprises a cylindrical housing defining a fluid channel (13) and is attached to the installation by means ( 32) which is arranged to be broken by a predetermined axial load, the joint comprising a valve (21) for closing the fluid channel as well as means for actuating the valve to close upon breaking the joint, which means comprise a device (37) which is connected with the fixed installation, characterized in that the valve (21) in a manner known per se comprises a return spring (40), which return spring is connected to the valve's actuator, and that the actuation means are connected to a release mechanism (33,34) for the spring.

2. Device as specified in claim 1, characterized in that said breaking means comprise a breaking sleeve (32).

3. Device as stated in claim 1, characterized in that said actuation means comprise a rod (37), a drive (38,39) and a spring stopper (30).

4. Device as specified in claim 1, characterized in that the closing pistons comprise cutting elements.

5. Device as stated in claim 1, characterized in that the joint comprises a second, oppositely directed joint which is connected to the first joint with the breaking means.