NO327407B1

NO327407B1 - Sikkerhetsskjot

Info

Publication number: NO327407B1
Application number: NO20075340A
Authority: NO
Inventors: Dag Andre Fjeldstad; Brede Thorkildsen; Bjornar Hermann; Bernt Olav Tommermo
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-06-22
Also published as: NO20075340L

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en sikkerhetsskjøt for et rør, innbefattende en første rørdel (12) som kan forbindes med en rørlengde, en andre rørdel (14) som kan forbindes med en annen rørlengde. Rørlengdene kan eksempelvis utgjøre en del av et stigerør mellom et brønnhode og en flytende installasjon. Sammen danner den første og den andre rørdelen (12, 14) en aksial boring (18) gjennom forbindelsen. Det er anordnet midler (22, 24, 26) for låsing av den første rørdelen (12) til den andre rørdelen (14), og midler (32, 36, 34, 40) for regulering av låsetrykket mellom den første og andre rørdelen (12, 14). Mellom den første rørdelen (12) og den andre rørdelen (14) er det utformet et ringkammer (44) som begrenses av et første stempelelement (46) og av et andre tetningselement (48). Disse utgjør i det minste en del av endeflatene i ringkammeret (44). Mellom ringkammeret (44) og den aksiale boringen (18) er det anordnet minst én åpning (52, 54). Ved åpningene er det anordnet trykkoverføringsmidler (60, 62) som hindrer at fluid i den aksiale boringen (18) går inn i ringkammeret (44).The invention relates to a safety joint for a pipe, including a first pipe part (12) which can be connected to a pipe length, a second pipe part (14) which can be connected to a second pipe length. The pipe lengths may, for example, form part of a riser between a wellhead and a floating installation. Together, the first and second pipe members (12, 14) form an axial bore (18) through the connection. Means (22, 24, 26) are provided for locking the first pipe part (12) to the second pipe part (14), and means (32, 36, 34, 40) for controlling the locking pressure between the first and second pipe part ( 12, 14). Between the first pipe part (12) and the second pipe part (14) there is formed a ring chamber (44) which is limited by a first piston element (46) and by a second sealing element (48). These form at least a portion of the end surfaces of the annular chamber (44). At least one opening (52, 54) is arranged between the annular chamber (44) and the axial bore (18). At the openings, pressure transfer means (60, 62) are provided which prevent fluid in the axial bore (18) from entering the annulus (44).

Description

Oppfinnelsen vedrører en sikkerhetsskjøt for en ledning, særlig for et stigerør mellom et fartøy og en undersjøisk installasjon, hvilken forbindelse er utformet til og innstilt for frigjøring ved en på forhånd bestemt aksialbelastning i røret. The invention relates to a safety joint for a line, in particular for a riser between a vessel and a submarine installation, which connection is designed for and adjusted for release by a predetermined axial load in the pipe.

Sikkerhetsskjøter er vanlig brukt i rørsystemer som utsettes for strekkrefter som er store nok til å kunne bryte rørene eller rørforbindelsene. De unngår skader på systemet ved at de sikrer at et brudd vil forekomme i et område som vil gi minst mulig skade på utstyret. Sikkerhetsskjøter er beregnet for brudd når strekket i røret overskrider en på forhånd bestemt verdi. De kan innbefatte skjærpinner eller en låsemekanisme. Safety joints are commonly used in pipe systems that are exposed to tensile forces that are large enough to break the pipes or pipe connections. They avoid damage to the system by ensuring that a break will occur in an area that will cause the least possible damage to the equipment. Safety joints are intended for breakage when the stretch in the pipe exceeds a predetermined value. They may include shear pins or a locking mechanism.

Når trykket i røret varierer, kan det oppstå problemer. Varierende trykk i røret vil resultere i ekstra strekkrefter, som det må tas hensyn til ved fastsettelsen av bruddkraften. Uten trykkompensering vil bruddlasten være avhengig av det interne trykket, som kan variere fra null og opp til brønntrykket. Som følge av skillekrefter som skyldes det interne trykket, vil den totale skillebelastningen være en sum av en trykkskillebelastning (endedekseleffekt) og den eksterne aksialbelastningen (kjent som effektiv strekkspenning). Dette medfører typisk en høy bruddlast ved null internt trykk, hvilket betyr at den eksterne aksialbelastningen vil være stor, og det derfor oppstår en høyere belastning i systemet ved brudd. When the pressure in the pipe varies, problems can arise. Varying pressure in the pipe will result in additional tensile forces, which must be taken into account when determining the breaking force. Without pressure compensation, the breaking load will depend on the internal pressure, which can vary from zero up to the well pressure. As a result of separation forces due to the internal pressure, the total separation load will be a sum of a pressure separation load (end cap effect) and the external axial load (known as effective tensile stress). This typically results in a high breaking load at zero internal pressure, which means that the external axial load will be large, and therefore a higher load occurs in the system when breaking.

En løsning på dette problemet er å anordne en strekkskjøt med trykkutbalanseringsmidler. En sikkerhetsskjøt av denne typen fremstilles og selges av Oil States HydroTech. Den innbefatter et trykkutbalanseringskammer som har fluidkontakt med innsiden av røret. Dette vil øke låsekraften i låsemekanismen i forhold til rørtrykket og muliggjør en mer nøyaktig innstilling av bruddpunktet. A solution to this problem is to arrange a tension joint with pressure balancing means. A security joint of this type is manufactured and sold by Oil States HydroTech. It includes a pressure equalization chamber that is in fluid contact with the inside of the tube. This will increase the locking force in the locking mechanism in relation to the pipe pressure and enables a more accurate setting of the breaking point.

Et særlig område hvor slike sikkerhetsskjøter anvendes, er stigerørsystemer. Et stigerør er en lukket søyle som forbinder en undersjøisk brønn med et fartøy på overflaten, slik at det tilveiebringes en sikker adgang til brønnen. Stigerøret strekkspennes ved hjelp av et arrangement om bord på fartøyet. A particular area where such safety joints are used is riser pipe systems. A riser is a closed column that connects a subsea well with a vessel on the surface, so that safe access to the well is provided. The riser is tensioned using an arrangement on board the vessel.

Fartøyet kan være et dynamisk posisjonert (DP) fartøy som holdes i riktig stilling ved hjelp av propellere og/eller trustere. Disse fartøyene er i sterk grad avhengig av at samtlige systemer virker tilfredsstillende, og vanlig praksis krever derfor at de er forsynt med flere systemer som sikrer at fartøyet ikke driver ut av posisjon. The vessel may be a dynamically positioned (DP) vessel which is held in the correct position by means of propellers and/or thrusters. These vessels are highly dependent on all systems working satisfactorily, and common practice therefore requires that they be equipped with several systems that ensure that the vessel does not drift out of position.

Ved arbeidsoperasjoner fra et dynamisk posisjonert fartøy, kan det forekomme situasjoner hvor det vil være nødvendig hurtig å kunne forlate posisjonen over brønnen. Det kan her dreie seg om en kontrollert situasjon, så som når varsling om dårlig vær medfører at det vil være nødvendig å evakuere posisjonen, eller en ukontrollert situasjon, hvor noen av systemene svikter og fartøyet begynner å drive ut av posisjon. En slik situasjon kan også oppstå ved plutselig dårlig vær, men særlig i situasjoner hvor fartøyets systemer ikke kan holde fartøyet i riktig posisjon over brønnen. Følgene av en slik situasjon kan være at hivkompensasjonssystemet vil gå i bunn eller at stigerøret inntar en uakseptabel vinkel slik at belastningen derved overskrider stigerørets beregnede belastningsgrense. During work operations from a dynamically positioned vessel, there may be situations where it will be necessary to quickly leave the position above the well. This may be a controlled situation, such as when a warning of bad weather means that it will be necessary to evacuate the position, or an uncontrolled situation, where some of the systems fail and the vessel begins to drift out of position. Such a situation can also arise in the event of sudden bad weather, but particularly in situations where the vessel's systems cannot keep the vessel in the correct position over the well. The consequences of such a situation can be that the heave compensation system will fail or that the riser assumes an unacceptable angle so that the load thereby exceeds the riser's calculated load limit.

Slike situasjoner kan medføre brudd i stigerøret. I situasjoner av denne typen er det viktig å kunne ha kontroll med bruddet, dvs. sikre at det oppstår på et sted hvor brønnbarrierene forblir intakte. Such situations can lead to a break in the riser. In situations of this type, it is important to be able to control the breach, i.e. ensure that it occurs in a place where the well barriers remain intact.

Brudd i stigerøret kan medføre skade på fartøyet og representerer en fare for personell og også en fare for miljøskader, dvs. spill av hydrokarboner, hydrauliske fluider eller lignende. Dette kan skje som følge av energien i det strekkbelastede stigerøret og innholdet i stigerøret. A break in the riser can cause damage to the vessel and represents a danger to personnel and also a risk to environmental damage, i.e. spillage of hydrocarbons, hydraulic fluids or the like. This can happen as a result of the energy in the tension-loaded riser and the contents of the riser.

Det er kjent flere mulige løsninger for å sikre og bestemme stigerørets eventuelle bruddpunkt ved for store belastninger i stigerøret. Har man et slikt bestemt sted, så kan man i stor utstrekning ha kontroll over situasjonen. Et slikt system beskrives i WO 2006/033580 og WO 2006/025744.1 US 5 382 056 beskrives det også et stigerørledd som vil medføre et bestemt bruddpunkt uten at man samtidig risikerer brudd av andre elementer som muliggjør gjenoppretting av den brutte forbindelsen. I sistnevnte publikasjon beskrives det også en fremgangsmåte for sikring av det svake leddet når det ikke er nødvendig eller dersom man av én eller annen grunn ikke ønsker at det svake leddet skal virke som sådant. I GB 2 176 858 beskrives det et trykkompensert ledd. I US 4,971,365 er det beskrevet en annen hydraulisk sikkerhetsskjøt Several possible solutions are known to secure and determine the riser's eventual breaking point in the event of excessive loads in the riser. If you have such a specific place, you can have control over the situation to a large extent. Such a system is described in WO 2006/033580 and WO 2006/025744.1 US 5 382 056, there is also described a riser joint which will lead to a specific breaking point without simultaneously risking breakage of other elements which enable the restoration of the broken connection. The latter publication also describes a method for securing the weak link when it is not necessary or if for one reason or another you do not want the weak link to act as such. In GB 2 176 858, a pressure-compensated joint is described. In US 4,971,365 another hydraulic safety joint is described

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en sikkerhetsskjøt for et rør som er trykkompensert med hensyn til trykk i og rundt sikkerhetsskjøten. En hensikt er også å tilveiebringe en sikkerhetsskjøt hvor bruddkraften kan reguleres. En hensikt er også å tilveiebringe en sikkerhetsskjøt som er trykkompensert, men uten at man derved utsetter sikkerhetsskjøtelementene for fluider i røret. The purpose of the present invention is to provide a safety joint for a pipe which is pressure compensated with regard to pressure in and around the safety joint. One purpose is also to provide a safety joint where the breaking force can be regulated. One purpose is also to provide a safety joint which is pressure compensated, but without thereby exposing the safety joint elements to fluids in the pipe.

Disse hensiktene oppnås med en sikkerhetsskjøt som angitt i patentkravene. These purposes are achieved with a security deed as stated in the patent claims.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en sikkerhetsskjøt for et rør. Sikkerhetsskjøten innbefatter en første rørdel som kan forbindes med en rørlengde, og en andre rørdel som kan forbindes med en annen rørlengde. Disse to rørdelene er utformet slik at én rørdel er innført i den andre, hvorved det dannes en overlapping mellom de to rørdelene. Den første rørdelen og den andre rørdelen danner sammen en aksial boring gjennom sikkerhetsskjøten. Denne aksiale boringen vil i hovedsaken ha en jevn indre overflate slik at det dannes en i hovedsaken jevn indre overflate i boringen gjennom sikkerhetsskjøten, med en senterakse som i hovedsaken går parallelt med en lengdeakse gjennom sikkerhetsskjøten. Sikkerhetsskjøten innbefatter videre midler for låsing av den første rørdelen til den andre rørdelen. The present invention relates to a safety joint for a pipe. The safety joint includes a first pipe part which can be connected with a pipe length, and a second pipe part which can be connected with another pipe length. These two pipe parts are designed so that one pipe part is inserted into the other, whereby an overlap is formed between the two pipe parts. The first pipe part and the second pipe part together form an axial bore through the safety joint. This axial bore will mainly have a smooth inner surface so that a mainly smooth inner surface is formed in the bore through the safety joint, with a central axis which is mainly parallel to a longitudinal axis through the safety joint. The security joint further includes means for locking the first pipe part to the second pipe part.

Det er dannet et ringkammer mellom den første rørdelen og den andre rørdelen. Dette kammeret dannes av overlappende avsnitt av den første og den andre rørdelen, idet én rørdel vil ha et avsnitt som er plassert radielt utenfor den andre rørdelen. Dette ringkammeret begrenses av et første tetningselement og av et andre tetningselement, hvilke tetningselementer danner i det minste en del av endeflater i ringkammeret. Derved vil ringkammeret ha i hovedsaken like arealer projisert i et plan med en akse som i hovedsaken går parallelt med lengdeaksen i sikkerhetsskjøten, i de to endeflatene til ringkammeret, slik at det derved foreligger et trykkutbalansert system for et fluid i dette ringkammeret. I henhold til oppfinnelsen er det mellom ringkammeret og den aksiale boringen anordnet minst én åpning, og trykkoverføringsmidler er anordnet i denne minst ene åpningen for å hindre at et fluid i den aksiale boringen går inn i ringkammeret. Trykkoverføringsmidlene vil imidlertid tillate at fluidtrykket i aksialboringen kan overføres til et fluid i ringkammeret. Det er også anordnet midler for regulering av låsetrykket mellom den første og den andre rørdelen. An annular chamber is formed between the first pipe part and the second pipe part. This chamber is formed by overlapping sections of the first and the second pipe part, one pipe part having a section which is placed radially outside the second pipe part. This annular chamber is limited by a first sealing element and by a second sealing element, which sealing elements form at least part of the end surfaces of the annular chamber. Thereby, the annular chamber will have essentially equal areas projected in a plane with an axis that essentially runs parallel to the longitudinal axis of the safety joint, in the two end faces of the annular chamber, so that there is thereby a pressure-balanced system for a fluid in this annular chamber. According to the invention, at least one opening is arranged between the annular chamber and the axial bore, and pressure transfer means are arranged in this at least one opening to prevent a fluid in the axial bore from entering the annular chamber. The pressure transfer means will, however, allow the fluid pressure in the axial bore to be transferred to a fluid in the annular chamber. Means are also arranged for regulating the locking pressure between the first and the second pipe part.

Ifølge ett inventivt aspekt kan minst én åpning være anordnet i veggen til den første rørdelen, når denne første rørdelen danner en vegg mellom ringkammeret og den aksiale boringen. Forbindelsen mellom ringkammeret og den aksiale boringen kan gå gjennom en kanal i den andre rørdelen, gitt at denne andre rørdelen danner ytterveggen i ringkammeret. According to one inventive aspect, at least one opening can be arranged in the wall of the first pipe part, when this first pipe part forms a wall between the annular chamber and the axial bore. The connection between the annular chamber and the axial bore can pass through a channel in the second pipe part, given that this second pipe part forms the outer wall of the annular chamber.

Ifølge et aspekt av oppfinnelsen kan den i det minste ene åpningen i veggen til den første rørdelen ha forbindelse med et innvendig ringspor i den første rørdelen. Når det foreligger flere åpninger som har forbindelse med ringsporet, kan disse åpningene være anordnet jevnt fordelt rundt omkretsen og langs en linje, eller de kan være gruppert, innbyrdes forskjøvet eller arrangert på en annen måte. Det kan også forefinnes bare én åpning i forbindelse med det indre ringsporet. I ett aspekt kan trykkoverføringsmidlene innbefatte en hylse som er anordnet i forhold til ringsporet. I ett aspekt kan ringsporet innbefatte et første og et andre anslagsavsnitt, og en mellombevegelsessone dannes mellom en del av sporet som er dypere enn anslagsavsnittene. Den i det minste ene åpningen kan være anordnet med den åpne enden mot denne mellomsonen. Endeavsnitt av hylsen kan ifølge ett aspekt ha anlegg mot anslagsavsnittene, og et avsnitt av hylsen mellom disse endeavsnittene kan ved bruk av innretningen tillates å bevege seg radielt i sporet i mellomsonen, og derved overføre trykk fra et fluid i den aksiale boringen til et fluid i ringkammeret. Bunnen av sporet i mellomsonen kan virke som et begrensende element som hindrer hylsen i å bevege seg lengre utover i en radiell retning. Hylsen er anordnet slik at den kan utvides i en radiell retning. Dette kan oppnås på flere måter. En er å utføre hylsen av et mer fleksibelt materiale, og en annen mulighet er å utforme hylsen som en korrugert hylse. Nok en mulighet er å utstrekke hylsens lengde slik at det oppnås en nødvendig fleksibilitet for overføring av trykkforskjeller mellom et fluid i den aksiale boringen og fluidet i ringkammeret. According to one aspect of the invention, the at least one opening in the wall of the first pipe part can have a connection with an internal annular groove in the first pipe part. When there are several openings which have a connection with the ring groove, these openings can be arranged evenly distributed around the circumference and along a line, or they can be grouped, mutually offset or arranged in another way. There may also be only one opening in connection with the inner annular groove. In one aspect, the pressure transmission means may include a sleeve disposed relative to the annular groove. In one aspect, the annular groove may include a first and a second abutment section, and an intermediate movement zone is formed between a portion of the groove that is deeper than the abutment sections. The at least one opening can be arranged with the open end towards this intermediate zone. End sections of the sleeve can, according to one aspect, bear against the abutment sections, and a section of the sleeve between these end sections can be allowed to move radially in the groove in the intermediate zone by using the device, thereby transferring pressure from a fluid in the axial bore to a fluid in the ring chamber. The bottom of the groove in the intermediate zone may act as a limiting element which prevents the sleeve from moving further outwards in a radial direction. The sleeve is arranged so that it can be expanded in a radial direction. This can be achieved in several ways. One is to make the sleeve of a more flexible material, and another possibility is to design the sleeve as a corrugated sleeve. Another possibility is to extend the length of the sleeve so that the necessary flexibility is achieved for the transfer of pressure differences between a fluid in the axial bore and the fluid in the annular chamber.

Ifølge et aspekt kan en indre flate i hylsen være anordnet i flukt med eller utenfor den aksiale boringen når hylsen er i en normal tilstand, med lave trykk i fluidene i den aksiale boringen. Derved oppnås en i hovedsaken innvendig glatt aksial boring gjennom sikkerhetsskjøten. According to one aspect, an inner surface of the sleeve may be arranged flush with or outside the axial bore when the sleeve is in a normal state, with low pressures in the fluids in the axial bore. Thereby, an essentially internal smooth axial bore through the safety joint is achieved.

Ifølge nok et aspekt kan det være anordnet minst én åpning i veggen til den første rørdelen, og trykkoverføringsmidlene kan innbefatte minst ett membranelement som er anordnet i forbindelse med åpningen. Denne membranen kan være anordnet i åpningsboringen i veggen. Åpningen med den i det minste ene membranen kan også være anordnet i tillegg til den åpningen som har forbindelse med hylsen, og det vil også kunne være mulig å ha en membran anordnet i åpningen som fører inn til sporet i hylsen, eller andre kombinasjoner av disse elementene. According to yet another aspect, at least one opening can be arranged in the wall of the first pipe part, and the pressure transfer means can include at least one membrane element which is arranged in connection with the opening. This membrane can be arranged in the opening bore in the wall. The opening with the at least one membrane can also be arranged in addition to the opening that has a connection with the sleeve, and it would also be possible to have a membrane arranged in the opening that leads into the groove in the sleeve, or other combinations of these the elements.

Ifølge et inventivt aspekt kan midlene for låsing av den første rørdelen til den andre rørdelen innbefatte et låseelement med en låseflate, hvilket låseelement er bevegbart forbundet med den andre rørdelen, og et låsespor i den første rørdelen for samvirke med låseelementet. Låseelementet kan innbefatte en styreflate, og den andre delen kan innbefatte et styrespor for styring av låseelementet til en låsestilling i låsesporet i den første rørdelen, for derved å låse de to rørdelene sammen, helt til sikkerhetsskjøten utsettes for en gitt spenningspåvirkning og låseelementet som følge av de krefter som da oppstår, beveges ut av låsesporet og rørdelene i sikkerhetsskjøten derved frigjøres i forhold til hverandre. According to an inventive aspect, the means for locking the first pipe part to the second pipe part can include a locking element with a locking surface, which locking element is movably connected to the second pipe part, and a locking groove in the first pipe part for cooperation with the locking element. The locking element may include a control surface, and the second part may include a guide slot for guiding the locking element to a locking position in the locking slot in the first tube part, thereby locking the two tube parts together, until the safety joint is subjected to a given stress effect and the locking element as a result of the forces that then arise are moved out of the locking groove and the pipe parts in the safety joint are thereby freed in relation to each other.

Ifølge oppfinnelsen kan den belastningen hvor sikkerhetsskjøten skal gi etter, reguleres, og midlene for regulering av låsetrykket kan innbefatte et fjærelement som kan forbindes med låseelementet, og en innstillbar andre regulerbar anslagsflate for fjærelementet. Ved å regulere stillingen til den andre regulerbare anslagsflaten, som eksempelvis utgjøres av et stempelelement, kan det trykket som fjærelementet utøver på låseelementet reguleres. Dette kan eksempelvis skje på stedet, før sikkerhetsskjøten installeres i stigerøret, avhengig av stigerørets lengde, værforhold og andre risikoer som relaterer seg til det aktuelle stigerøret. Istedenfor et fjærelement kan det eksempelvis brukes en gassylinder eller et annet ettergivende system som vil utøve en bestemt belastning på låseelementet, hvilken belastning kan reguleres, før installeringen av sikkerhetsskjøten eller også når denne er i bruk. According to the invention, the load at which the safety joint must yield can be regulated, and the means for regulating the locking pressure can include a spring element that can be connected to the locking element, and an adjustable second adjustable stop surface for the spring element. By regulating the position of the second adjustable stop surface, which is for example constituted by a piston element, the pressure which the spring element exerts on the locking element can be regulated. This can, for example, happen on site, before the safety joint is installed in the riser, depending on the length of the riser, weather conditions and other risks related to the riser in question. Instead of a spring element, a gas cylinder or another yielding system can be used, for example, which will exert a certain load on the locking element, which load can be regulated, before the installation of the safety joint or also when it is in use.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor: The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, where:

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en utførelse av en sikkerhetsskjøt ifølge oppfinnelsen, og Fig. 2 viser et mer detaljert riss av en del av sikkerhetsskjøten i fig. 1. Fig. 1 shows a cross-section of an embodiment of a safety joint according to the invention, and Fig. 2 shows a more detailed view of part of the safety joint in fig. 1.

Sikkerhetsskjøten 10 ifølge oppfinnelsen innbefatter en første rørdel 12 og en andre rørdel 14. Disse rørdelene 12, 14 kan bevege seg i forhold til hverandre når sikkerhetsskjøten frigjøres som følge av at sikkerhetsskjøten utsettes for en gitt belastning. Den første rørdelen 12 og den andre rørdelen 14 danner sammen en indre aksial boring 18 gjennom sikkerhetsskjøten. Denne indre aksiale boringen 18 har en lengdeakse 11 som også utgjør lengdeaksen til sikkerhetsskjøten 10. Disse aksene må ikke nødvendigvis danne en felles akse, men kan fordelaktig i hovedsaken være parallelle. Den første rørdelen 12 er i denne utførelsen utformet som et hovedlegeme som har en i hovedsaken sylindrisk form, hvor den aksiale boringen 18 utgjør det indre rommet i den sylindriske formen. Den første rørdelen 12 har videre en første flens 15 ved én ende, for tilkobling av den første rørdelen 12 til et røravsnitt, eksempelvis et brønnhode. Forbindelsen kan eksempelvis skje ved hjelp av bolter som'indikert på figuren, eller ved hjelp av klemarrangementer. Den andre rørdelen 14 har på tilsvarende måte en hovedsakelig sylindrisk form, og en andre flens 16 er anordnet ved den ene enden for sammenkobling med en annen rørdel, eksempelvis et annet stigerørsegment. Den andre rørdelen 14 er utformet slik at den ligger utenfor den første rørdelen 12 over mesteparten av den første rørdelens 12 lengde. Den andre rørdelen 14 har en andre flensdel 16 som er forbundet med en husdel 40. Denne forbindelsen kan eksempelvis skje ved hjelp av bolter som indikert med en boring 17 i figuren. Den andre rørdelen 14 har midler for låsing av den andre rørdelen 14 sammen med den første rørdelen 12. Disse midlene innbefatter minst ett låseelement 22 som er anordnet bevegbart inne i den andre rørdelen 14, mellom en tilbaketrukket stilling (ikke vist) hvor rørdelene 12, 14 er bevegbare i forhold til hverandre, og en låst stilling som vist i fig. 1, hvor låseelementet 22 med låseflatene 26 er plassert i det minste delvis inne ved et ringformet låsespor 24 i en ytre overflate i den første rørdelens 12 hovedlegeme. Det kan være anordnet flere låseelementer rundt den aksiale boringen. Låseelementet 22 styres og holdes i posisjon ved hjelp av en styreflate 28 på låseelementet 22 og et styrespor 30 i en flate i den andre rørdelen 14, og ved hjelp av midler som regulerer låsetrykket i forbindelsen. Disse midlene for regulering av trykket innbefatter et fjærelement 36 anordnet mellom et første element 32 som er forbundet med låseelementet 22, og et andre element 34. Det andre elementet 34 kan være innstillbart i forhold til resten av den andre rørdelen 14, slik at presset fra fjærelementet 36 på låseelementet 22 kan innstilles for en gitt sikkerhetsskjøt 10 på stedet, før bruken av innretningen, alt avhengig av parameterne til det stigerøret hvor sikkerhetsskjøten 10 skal brukes. Det første elementet 32 utformes med en anslagsflate for fjærelementet på én side av det første elementet 32, og forbindelsen med låseelementet 22 utformes på den andre siden av det første elementet 32. Forbindelsen med låseelementet kan være en hengselforbindelse, eventuelt en styrt hengselforbindelse som begrenser låseelementets bevegelse i forhold til det første elementet 32. Det første elementet 32 er også anordnet bevegbart i en aksialretning i forhold til resten av den andre rørdelen 14. Det andre elementet 34 kan fritt bevege seg oppover i forhold til den andre rørdelen 14, men er hindret i en bevegelse nedover ved at det er låst til et fjærhus 38 ved hjelp av skruer 37. Fjærhuset 38 er på sin side avstøttet mot en skulder 39 på den andre rørdelen 14. På denne måten kan fjæren innstilles for tilveiebringelse av innstillingskraften til låseelementene 22. Fjærelementet 26, første og andre element 32, 34 og fjærhuset 38 er anordnet inne i det andre elementets 14 husdel 40. Virkemåten til låsingen er slik at fjærelementet 36 innstilles for å trykke mot det første elementet 32 og låseelementet 22, som derved skyves med styreflaten 28 i styresporet 30 i den andre rørdelen 14, og derved styres til en låsestilling med låseflatene 26 på låseelementet 22 i låsesporet 24 i den første rørdelen 12. Trykket fra fjærelementet 36 vil holde låseelementet 22 i denne stillingen helt til en strekkbelastning i sikkerhetsskjøten som prøver å skille den første rørdelen fra den andre rørdelen, overskrider det trykket som fjærelementet 36 utøver, slik at derved låseelementet 22 kan frigjøres fra låsestillingen i låsesporet 24. The safety joint 10 according to the invention includes a first pipe part 12 and a second pipe part 14. These pipe parts 12, 14 can move relative to each other when the safety joint is released as a result of the safety joint being subjected to a given load. The first pipe part 12 and the second pipe part 14 together form an inner axial bore 18 through the safety joint. This inner axial bore 18 has a longitudinal axis 11 which also forms the longitudinal axis of the safety joint 10. These axes do not necessarily have to form a common axis, but can advantageously be essentially parallel. In this embodiment, the first pipe part 12 is designed as a main body which has a mainly cylindrical shape, where the axial bore 18 forms the inner space in the cylindrical shape. The first pipe part 12 further has a first flange 15 at one end, for connecting the first pipe part 12 to a pipe section, for example a wellhead. The connection can be made, for example, by means of bolts as indicated in the figure, or by means of clamping arrangements. The second pipe part 14 similarly has a mainly cylindrical shape, and a second flange 16 is arranged at one end for connection with another pipe part, for example another riser pipe segment. The second pipe part 14 is designed so that it lies outside the first pipe part 12 over most of the first pipe part 12's length. The second pipe part 14 has a second flange part 16 which is connected to a housing part 40. This connection can be made, for example, by means of bolts as indicated by a bore 17 in the figure. The second pipe part 14 has means for locking the second pipe part 14 together with the first pipe part 12. These means include at least one locking element 22 which is arranged movably inside the second pipe part 14, between a retracted position (not shown) where the pipe parts 12, 14 are movable in relation to each other, and a locked position as shown in fig. 1, where the locking element 22 with the locking surfaces 26 is located at least partially inside an annular locking groove 24 in an outer surface of the main body of the first tube part 12. Several locking elements may be arranged around the axial bore. The locking element 22 is controlled and held in position by means of a control surface 28 on the locking element 22 and a control groove 30 in a surface in the second pipe part 14, and by means of means which regulate the locking pressure in the connection. These means for regulating the pressure include a spring element 36 arranged between a first element 32 which is connected to the locking element 22, and a second element 34. The second element 34 can be adjustable in relation to the rest of the second pipe part 14, so that the pressure from the spring element 36 on the locking element 22 can be set for a given safety joint 10 on the spot, before the use of the device, all depending on the parameters of the riser where the safety joint 10 is to be used. The first element 32 is designed with a stop surface for the spring element on one side of the first element 32, and the connection with the locking element 22 is designed on the other side of the first element 32. The connection with the locking element can be a hinge connection, possibly a controlled hinge connection that limits the locking element's movement in relation to the first element 32. The first element 32 is also arranged to be movable in an axial direction in relation to the rest of the second pipe part 14. The second element 34 can freely move upwards in relation to the second pipe part 14, but is prevented in a downward movement in that it is locked to a spring housing 38 by means of screws 37. The spring housing 38 is in turn supported against a shoulder 39 on the second pipe part 14. In this way, the spring can be adjusted to provide the setting force to the locking elements 22. The spring element 26, first and second elements 32, 34 and the spring housing 38 are arranged inside the housing part 40 of the second element 14. Function one to the locking is such that the spring element 36 is set to press against the first element 32 and the locking element 22, which is thereby pushed with the control surface 28 into the control groove 30 in the second tube part 14, and thereby controlled to a locking position with the locking surfaces 26 on the locking element 22 in the locking groove 24 in the first pipe part 12. The pressure from the spring element 36 will keep the locking element 22 in this position until a tensile load in the safety joint that tries to separate the first pipe part from the second pipe part exceeds the pressure exerted by the spring element 36, so that the locking element 22 can is released from the locking position in the locking slot 24.

Låsesystemet er i denne utførelsen også trykkompensert i forhold til trykket til et fluid i den aksiale boringen, idet dette foregår ved at det foreligger et ringkammer 44 mellom den første rørdelen 12 og den andre rørdelens 14 husdel 40. Dette ringkammeret 44, som har en i hovedsaken sylindrisk form, dannet av en ytre flate på den første rørdelen 12 og en indre flate på den andre rørdelens 14 husdel 40, har endeflater 47, 49 i kammerets 2 aksialretninger. Arealet til disse endeflatene er i hovedsaken lik arealet projisert i en aksialretning på et plan hvis akse i hovedsaken går parallelt med sikkerhetsskjøtens 10 lengdeakse. Dette gir et trykkbalansert ringkammer 44 i aksialretningen. Dette ringkammeret 44 skal under bruk være fylt med et fluid, og det er derfor anordnet et første stempelelement 46, som tetter mot enden av ringkammeret 44, hvilket stempelelement 46 har kontakt med fjærhuset 38 og er forbundet med den første rørdelen 12 via en hylse 43 med en innoverrettet hylseflens 45 som samvirker med et ringspor 13 i en ytre flate av den første rørdelen 12, forbundet med stempelelementet 46. Ved den andre enden av ringkammeret 44 er det anordnet et andre tetningselement 48 som tetter for fluid i kammeret 44 med hensyn til fluid som omgir sikkerhetsskjøten, særlig sjøvann. Det ringformede kammeret 44 har gjennom minst én første åpning 52 i den første rørdelens 12 vegg fluidforbindelse med den aksiale boringen 18. På tegningsfigurene er det bare indikert én åpning. In this embodiment, the locking system is also pressure-compensated in relation to the pressure of a fluid in the axial bore, as this takes place by the presence of an annular chamber 44 between the first pipe part 12 and the housing part 40 of the second pipe part 14. This annular chamber 44, which has an i essentially cylindrical in shape, formed by an outer surface on the first tube part 12 and an inner surface on the housing part 40 of the second tube part 14, has end surfaces 47, 49 in the axial directions of the chamber 2. The area of these end surfaces is essentially equal to the area projected in an axial direction on a plane whose axis is essentially parallel to the longitudinal axis of the safety joint 10. This provides a pressure-balanced annular chamber 44 in the axial direction. This ring chamber 44 must be filled with a fluid during use, and a first piston element 46 is therefore arranged, which seals against the end of the ring chamber 44, which piston element 46 has contact with the spring housing 38 and is connected to the first tube part 12 via a sleeve 43 with an inwardly directed sleeve flange 45 which interacts with an annular groove 13 in an outer surface of the first pipe part 12, connected to the piston element 46. At the other end of the annular chamber 44, a second sealing element 48 is arranged which seals for fluid in the chamber 44 with regard to fluid surrounding the safety joint, especially seawater. The annular chamber 44 has a fluid connection with the axial bore 18 through at least one first opening 52 in the wall of the first tube part 12. Only one opening is indicated in the drawings.

Trykkbalanseringssystemet virker som følger: Stigerøret holdes strekkbelastet slik at det derved virker en oppadrettet strekkraft på delen 14 og en tilsvarende nedadrettet strekkraft på delen 12. Denne strekkraften bestemmes av fartøyets strammesystem. Ved bruk, når stigerøret er fylt med et fluid under trykk, er stigerørets øvre ende lukket. Dette medfører krefter som virker på stigerøret, idet flaten ved den øvre enden vil virke som et stempelareal. Dette kalles en endedekseleffekt. Disse kreftene omdannes til en ekstra strekkraft, som virker på delen 14. Den strekkbelastningen som skyldes endedekseleffekten kan være meget større enn den normale strekkraften. The pressure balancing system works as follows: The riser is kept under tension so that there is an upward tension force on part 14 and a corresponding downward tension force on part 12. This tension force is determined by the vessel's tensioning system. In use, when the riser is filled with a fluid under pressure, the riser's upper end is closed. This results in forces acting on the riser, as the surface at the upper end will act as a piston area. This is called an end cap effect. These forces are converted into an additional tensile force, which acts on the part 14. The tensile load due to the end cover effect can be much greater than the normal tensile force.

Trykket i kompenseringskammeret virker på de to flatene 47 og 49 med samme kraft. Dette gir imidlertid ingen null-resultantkraft. Den kraften som virker på flaten 47 vil forsøke å skyve stempelelementet 46 oppover. Stempelelementet 46 er som nevnt forbundet med en hylse 43 som er låst i et spor 13 i den første rørdelen 12. Den kraften som virker på stempelelementet 46 med flaten 47, blir derfor omdannet til en oppadrettet kraft som virker på den første rørdelen 12 og, via forbindelsen 15, på brønnhodet. Fordi dette er en fast forbindelse, vil kreftene ikke virke på noen andre deler. The pressure in the compensation chamber acts on the two surfaces 47 and 49 with the same force. However, this does not produce a zero-resultant force. The force acting on the surface 47 will try to push the piston element 46 upwards. As mentioned, the piston element 46 is connected to a sleeve 43 which is locked in a groove 13 in the first pipe part 12. The force that acts on the piston element 46 with the surface 47 is therefore converted into an upward force that acts on the first pipe part 12 and, via connection 15, on the wellhead. Because this is a fixed connection, the forces will not act on any other parts.

Trykket som virker mot flaten 49, en falte som dannes av en del av den andre rørdelens 14 husdel 40, vil generere en nedadrettet kraft på den andre rørdelen 14. Denne nedadrettede kraften vil skyve på rørdelen 14 der hvor styresporet 30 virker mot flaten 28 på låseelementet 22. Dette er en velkjent virkning for fagpersoner. The pressure acting against the surface 49, a fold formed by part of the housing part 40 of the second pipe part 14, will generate a downward force on the second pipe part 14. This downward force will push on the pipe part 14 where the guide groove 30 acts against the surface 28 on the locking element 22. This is a well-known effect for professionals.

Den første åpningen 22 munner ut i et indre ringspor 50 i den første rørdelen 12. Sporet har to anslagsavsnitt 5IA, 5IB og en mellombevegelsessone 51C. Dybden til sporet 50 i anslagsavsnittene 5 IA, 5IB er mindre enn dybden til sporet 50 i mellomsonen 51C. Det er anordnet en beskyttelseshylse 60 i forbindelse med sporet 50, idet to ender av beskyttelseshylsen 60 er anordnet i anlegg mot anslagsavsnittene 5 IA, 5 IB i sporet 50. Mellom endene av hylsen 60 og den første rørdelen 12 foreligger det en avtettet forbindelse. Hylsen 60 er plassert slik at den indre flate 61 i hylsen i en ikke-strekkbelastet tilstand av hylsen 60, vil være innrettet med eller anordnet til å befinne seg radielt utenfor en indre flate 90 i den aksiale boringen i sikkerhetsskjøten. Ved bruk vil det være et fluid i kammeret 44 og et fluid i den aksiale boringen 18, og hylsen 60 skiller disse fluidene. Trykket til fluidet i den aksiale boringen vil som følge av hylsens 60 fleksibilitet overføres til fluidet i ringkammeret. Hylsen er også anordnet slik at den kan flekse i en retning utover, og mellomsonen 5IB som utgjør bunnen i sporet 50, vil virke som en begrensningsflate som begrenser en ytterligere utvidelse eller bevegelse av hylsen i en retning utover. I tillegg til denne første åpningen 52 er det en andre åpning 54 i den første rørdelens 12 vegg, mellom ringkammeret 44 og den aksiale boringen 18. I denne åpningen er det anordnet et membranelement 62. Dette skiller mellom fluid i den aksiale boringen 18 og fluid i ringkammeret 44. Membranen 62 kan være slik at den brister når det virker et gitt trykk i den aksiale boringen. Ringkammeret 44 vil bli fylt med et fluid under et gitt trykk på overflaten når sikkerhetsskjøten 10 installeres, og deretter vil anordningen med hylsen og/eller membranen gi en trykkutligning mellom fluidet i ringkammeret og et fluid i den aksiale boringen. The first opening 22 opens into an inner annular groove 50 in the first pipe part 12. The groove has two stop sections 5IA, 5IB and an intermediate movement zone 51C. The depth of the groove 50 in the impact sections 5IA, 5IB is less than the depth of the groove 50 in the intermediate zone 51C. A protective sleeve 60 is arranged in connection with the groove 50, two ends of the protective sleeve 60 being arranged in abutment against the stop sections 5 IA, 5 IB in the groove 50. Between the ends of the sleeve 60 and the first pipe part 12 there is a sealed connection. The sleeve 60 is positioned so that the inner surface 61 of the sleeve in a non-tensile state of the sleeve 60 will be aligned with or arranged to be radially outside an inner surface 90 of the axial bore in the safety joint. In use, there will be a fluid in the chamber 44 and a fluid in the axial bore 18, and the sleeve 60 separates these fluids. The pressure of the fluid in the axial bore will, as a result of the flexibility of the sleeve 60, be transferred to the fluid in the annular chamber. The sleeve is also arranged so that it can flex in an outward direction, and the intermediate zone 5IB which forms the bottom of the groove 50 will act as a limiting surface which limits a further expansion or movement of the sleeve in an outward direction. In addition to this first opening 52, there is a second opening 54 in the wall of the first pipe part 12, between the annular chamber 44 and the axial bore 18. In this opening, a membrane element 62 is arranged. This distinguishes between fluid in the axial bore 18 and fluid in the annular chamber 44. The membrane 62 can be such that it bursts when a given pressure acts in the axial bore. The annular chamber 44 will be filled with a fluid under a given pressure on the surface when the safety joint 10 is installed, and then the device with the sleeve and/or membrane will provide a pressure equalization between the fluid in the annular chamber and a fluid in the axial bore.

På tegningen er det også vist et klemmeelement 42, som gir fast forbindelse mellom den første rørdelen 12 og den andre rørdelen 14. Dette klemmeelementet 42 kan anordnes på sikkerhetsskjøten under transport, men fjernes fra sikkerhetsskjøten når den skal tas i bruk. The drawing also shows a clamping element 42, which provides a firm connection between the first pipe part 12 and the second pipe part 14. This clamping element 42 can be arranged on the safety joint during transport, but is removed from the safety joint when it is to be put into use.

Oppfinnelsen er foran forklart i form av et utførelseseksempel, og en fagperson vil forstå at det kan tenkes mange endringer og modifikasjoner av sikkerhetsskjøten, alt innenfor den inventive rammen som definert med kravene. Bruken av styrespor og styreflate og låsespor og låseflate er her beskrevet for å skille mellom de ulike flatene, men de kan alle ha elementer som både bidrar til styring og låsing. The invention is explained above in the form of an exemplary embodiment, and a person skilled in the art will understand that many changes and modifications of the security deed are conceivable, all within the inventive framework as defined by the claims. The use of guide grooves and guide surface and locking groove and locking surface is described here to distinguish between the various surfaces, but they can all have elements that contribute to both steering and locking.

Claims

1. Security joint for a pipe, including a first pipe part (12) which can be connected to a pipe length, a second pipe part (14) which can be connected to another pipe length, which first and second pipe parts (12, 14) together form an axial bore (18) through the connection, means (22, 24, 26) for locking the first pipe part (12) to the second pipe part (14), where between the first and the second pipe part (12, 14) an annular space is formed ( 44) which is limited by a first piston element (46) and by a second sealing element (48), which elements form at least part of the end surfaces of the ring chamber (44), at least one opening (52, 54) between the ring chamber (44) and the axial bore, characterized in that pressure transfer means (60, 62) are arranged at the at least one opening (52, 54) to prevent fluid in the axial bore (18) from entering the annular chamber (44), and means ( 32, 36, 34, 40) for regulating the locking pressure between the first and the second pipe part (12, 14).

2. Security deed according to claim 1, characterized in that at least one opening (52) is arranged in the wall of the first pipe part (12) and in connection with an inner annular groove (50) in the first pipe part (12), and that the pressure transmission means includes a sleeve (60) which is arranged in the annular groove (50).

3. Security deed according to claim 2, characterized in that the annular groove (50) includes a first and second stop section (5IA, 5IB) for the end section of the sleeve (60), and an intermediate movement zone (51C), the opening (52) being arranged in this intermediate zone (51C).

4. Security deed according to claim 2 or 3, characterized in that the inner surface (61) in the sleeve (60) is arranged so that it aligns with or lies outside the axial bore (18).

5. Security deed according to claim 4, characterized in that the sleeve is arranged so that it can be expanded in a radial direction.

6. Security deed according to claim 1, characterized in that an opening (54) is arranged in the wall of the first pipe part (12), and that the pressure transfer means include at least one membrane element (62) which is arranged in connection with the opening (54).

7. Security deed according to claim 1, characterized in that the means for locking the first pipe part (12) to the second pipe part (14) includes a locking element (22) with a locking surface (26) movably connected to the second pipe part (14), and a locking groove (24) in the first the pipe part (12), which locking groove cooperates with the locking element (22).

8. Security deed according to claim 4, characterized in that the locking element (22) includes a control surface (28) and that the second tube part (14) includes a guide slot (30) for steering the locking element (22) to a locking position in the locking slot (24) in the first tube part (12).

9. Security deed according to claim 4 or 5, characterized in that the means for regulating the locking pressure includes a spring element (36) which can be connected to the locking element (22), and an adjustable second stop surface for the spring element (36).