NO330028B1

NO330028B1 - Telescopic shot for use in a riser

Info

Publication number: NO330028B1
Application number: NO20085242A
Authority: NO
Inventors: Brede Thorkildsen; Halfdan Tore Andersen
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2011-02-07
Also published as: NO20085242L

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen angår en teleskopskjøt (1) for benyttelse i et stigerør (2) som strekker seg mellom en flytende struktur (3) og en undersjøisk installasjon (4), omfattende et ytre element (100) og et indre element (101) glidbart anordnet innenfor det ytre elementet (100), slik at det dannes en innvendig strømningspassasje (102) for brønnfluider. I henhold til oppfinnelsen omfatter det ytre element (100) et separat hodeelement (150) anordnet bevegelig innenfor det ytre element (100), hvilket hodeelement (150) danner en indre vegg (145') av det ytre element (100) som i en kollapset tilstand av teleskopskjøten er i anlegg mot en ytre vegg (138) av det indre element (101).The present invention relates to a telescopic joint (1) for use in a riser (2) extending between a floating structure (3) and a subsea installation (4) comprising an outer member (100) and an inner member (101) slidably disposed within the outer member (100) so as to form an internal flow passage (102) for well fluids. According to the invention, the outer member (100) comprises a separate head member (150) arranged movable within the outer member (100), which head member (150) forms an inner wall (145 ') of the outer member (100) which in a the collapsed state of the telescopic joint is in contact with an outer wall (138) of the inner element (101).

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en teleskopskjøt for benyttelse i et stigerør mellom en flytende struktur og en undervannsinstallasjon, hvor teleskopskjøten vil kompensere for vertikal bevegelse mellom den flytende strukturen og undervannsinstallasjonen. The present invention relates to a telescopic joint for use in a riser between a floating structure and an underwater installation, where the telescopic joint will compensate for vertical movement between the floating structure and the underwater installation.

Et marint stigerør forbinder en undervanns installasjon, som f.eks. et brønnhode, hvilken har en fast posisjon relativt til sjøbunnen, med en bevegelig flytende struktur. Den flytende strukturen vil som en konsekvens av værforholdene og hvordan disse påvirker den flytende strukturen, beveges relativt i forhold til sjøbunnen. På grunn av dette er det et behov for et strekksystem om bord på den flytende strukturen forbundet mellom den flytende strukturen og stigerøret, hvilket system reguleres for å holde et fast strekk i stigerøret uavhengig av bevegelsene til den flytende strukturen. Med et hovedsakelig vertikalt stigerør er det også et behov for å holde et gitt strekk i stigerøret for å forhindre at stigerøret kollapser og/eller bukler. A marine riser connects an underwater installation, such as a wellhead, which has a fixed position relative to the seabed, with a movable floating structure. As a consequence of the weather conditions and how these affect the floating structure, the floating structure will move relative to the seabed. Because of this, there is a need for a tension system on board the floating structure connected between the floating structure and the riser, which system is regulated to maintain a fixed tension in the riser regardless of the movements of the floating structure. With a predominantly vertical riser, there is also a need to maintain a given tension in the riser to prevent the riser from collapsing and/or buckling.

Det marine stigerøret fungerer som en føring mellom overflaten og brønnhodet. Når det benyttes for boreaktiviteter er det kalt et borestigerør. Når man utfører overhalingsoperasjoner eller intervensjonsarbeid på en brønn har det vært vanlig å benytte et arbeidsstigerør som er innført i et marine stigerøret. Grunnen for dette er at det marine stigerøret ikke er designet for å motstå høye trykk som man kan oppleve når man arbeider på en "levende" brønn. I overhalingssituasjoner er det noen ganger et behov for å føre utstyr inn i arbeidsstigerøret. Siden den øvre enden av stigerøret holdes i relativ posisjon i forhold til sjøbunnen og den flytende strukturen beveger seg er det en sikkerhetsrisiko for personalet som utfører arbeidet, og et begrenset værvindu hvor man kan utføre arbeidet. En løsning for et slikt system er å tilveiebringe en teleskopskjøt i stigerøret. Med en slik løsning kan den nedre delen av stigerøret holdes ved et konstant strekk mens den øvre delen av stigerøret kan reguleres for å følge bevegelsen av den flytende strukturen og derved gi et sikrere arbeidsmiljø for personalet. Det er kjent flere The marine riser acts as a guide between the surface and the wellhead. When used for drilling activities it is called a drill riser. When carrying out overhaul operations or intervention work on a well, it has been common to use a working riser that is inserted into a marine riser. The reason for this is that the marine riser is not designed to withstand the high pressures that can be experienced when working on a "live" well. In overhaul situations, there is sometimes a need to bring equipment into the work riser. Since the upper end of the riser is held in a relative position to the seabed and the floating structure moves, there is a safety risk for the staff carrying out the work, and a limited weather window in which to carry out the work. One solution for such a system is to provide a telescopic joint in the riser. With such a solution, the lower part of the riser can be kept at a constant tension while the upper part of the riser can be regulated to follow the movement of the floating structure and thereby provide a safer working environment for the staff. More are known

teleskopskjøtkonfigurasjoner for benyttelse i et stigerør. telescoping joint configurations for use in a riser.

I NO 169027 og NO 322172 er det beskrevet en volum- og trykk/aksial kraftkompensert teleskopskjøt. Disse teleskopskjøtene er tilpasset slik at de kan opereres med et innvendig trykk i stigerøret. Det dynamiske tetningssystemet i disse publikasjonene må kunne operere med et partikkelforurenset fluid og et borefluid i et ringformet kammer dannet mellom de to delene av teleskopskjøten. Det er en potensiell risiko for slitasje av tetningene og tetningsoverflatene når disse utsettes for operasjon i et partikkelforurenset miljø, og den økte lengden forårsaket av den volumkompenserte seksjonen kan også være en ulempe. Det siste angår spesielt borerigger hvor plass for håndtering og krankapasiteter er begrensende faktorer. In NO 169027 and NO 322172 a volume and pressure/axial force compensated telescopic joint is described. These telescopic joints are adapted so that they can be operated with an internal pressure in the riser. The dynamic sealing system in these publications must be able to operate with a particulate contaminated fluid and a drilling fluid in an annular chamber formed between the two parts of the telescopic joint. There is a potential risk of wear of the seals and sealing surfaces when subjected to operation in a particulate contaminated environment, and the increased length caused by the volume compensated section can also be a disadvantage. The latter particularly concerns drilling rigs where space for handling and crane capacities are limiting factors.

I patent NO 315807 Bl er det beskrevet benyttelse av en teleskopskjøt i et arbeidsstigerør, hvor teleskopskjøten teleskoperer og regulerer en øvre ende av stigerøret sammen med en arbeidsplattform, når det ikke er trykk inne i stigerøret, men hvor teleskopskjøten vil være fullt utstrukket når det er trykk inne i stigerøret. I NO 317295 Bl er det beskrevet en annen teleskopskjøt for et stigerør, hvor teleskopskjøten er låst i en fullt sammenslått posisjon for å håndtere høyttrykk inne i stigerøret. In patent NO 315807 Bl, the use of a telescopic joint in a working riser is described, where the telescopic joint telescopes and regulates an upper end of the riser together with a working platform, when there is no pressure inside the riser, but where the telescopic joint will be fully extended when there is pressure inside the riser. NO 317295 Bl describes another telescopic joint for a riser, where the telescopic joint is locked in a fully folded position to handle high pressure inside the riser.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å forbedre arbeidsmiljøet for tetningene i en teleskopskjøt i en riser, redusere den totale størrelsen og lengden av en teleskopskjøt mens man samtidig opprettholder funksjonaliteten i operasjon for å være tilpassbar til de forskjellige operasjonsmodus. Det er en annen hensikt å tilveiebringe en teleskopskjøt hvor partikler og aggressive fluider har mindre innflytelse på levetiden for tetningene og tetningsoverflatene i teleskopskjøten. En annen hensikt er å tilveiebringe en teleskopskjøt som på en bedre måte kan håndtere sidelaster og trykkdifferanser over tetningene i skjøten. Det er også en hensikt å tilveiebringe en teleskopskjøt hvor man kan teste tetningsbarrierene for å sikre og verifisere at teleskopskjøten ikke lekker. A purpose of the present invention is to improve the working environment for the seals in a telescopic joint in a riser, reduce the overall size and length of a telescopic joint while at the same time maintaining the functionality in operation to be adaptable to the different operating modes. It is another purpose to provide a telescoping joint where particles and aggressive fluids have less influence on the lifetime of the seals and sealing surfaces in the telescoping joint. Another purpose is to provide a telescopic joint which can handle lateral loads and pressure differences across the seals in the joint in a better way. It is also intended to provide a telescopic joint where the sealing barriers can be tested to ensure and verify that the telescopic joint does not leak.

Disse hensikter er oppnådd med en teleskopskjøt i henhold til oppfinnelsen som definert i de etterfølgende krav. These purposes are achieved with a telescopic joint according to the invention as defined in the subsequent claims.

Den foreliggende oppfinnelse angår en teleskopskjøt for benyttelse i et stigerør som strekker seg mellom en flytende struktur og en undersjøisk installasjon, omfattende et ytre element og et indre element som er glidbart anordnet inn i det ytre element hvilke danner en indre strømningspassasje for brønnfluider inne i den og gjennom teleskopskjøten. Et stigerør kan være et langstrakt element med et innvendig kammer som strekker seg i en hovedsakelig vertikal retning mellom den undersjøiske installasjonen og den flytende strukturen. Den undersjøiske installasjonen kan være et brønnhode, en mannifold eller annet utstyr posisjonert på sjøbunnen. Det er også den muligheten at den undersjøiske installasjonen er posisjonert i en avstand fra sjøbunnen, men at den holdes i en fast posisjon relativt sjøbunnen. Den flytende strukturen kan være en hvilken som helst flytende struktur, en halvt nedsenkbar plattform, et produksjons- og/eller lagringsfartøy. Det ytre elementet kan være anordnet i forbindelse med en øvre eller nedre del av stigerøret, dvs. det er sett for seg at teleskopskjøten kan snus rundt. The present invention relates to a telescopic joint for use in a riser extending between a floating structure and a subsea installation, comprising an outer element and an inner element slidably arranged into the outer element which form an inner flow passage for well fluids inside it and through the telescopic joint. A riser may be an elongate member with an internal chamber extending in a substantially vertical direction between the subsea installation and the floating structure. The subsea installation can be a wellhead, a manifold or other equipment positioned on the seabed. There is also the possibility that the underwater installation is positioned at a distance from the seabed, but that it is held in a fixed position relative to the seabed. The floating structure can be any floating structure, a semi-submersible platform, a production and/or storage vessel. The outer element can be arranged in connection with an upper or lower part of the riser, i.e. it is envisaged that the telescopic joint can be turned around.

I henhold til oppfinnelsen omfatter det ytre element et separat hodeelement anordnet bevegelig innenfor det ytre element, hvilket hodeelement danner en indre vegg av det ytre element som i en kollapset tilstand av teleskopskjøten er i anlegg mot en ytre vegg av det indre element. Ved en slik løsning kan man oppnå reelle statiske tetninger mellom det indre elementet og det ytre elementet i kollapset tilstand selv ved temperatur og trykkvariasjoner, siden hodeelementet som er en del av det ytre elementet allikevel kan ha en begrenset bevegelser og dermed kan beveges sammen med det indre elementet i en sammenkollapset tilstand av teleskopskjøten. According to the invention, the outer element comprises a separate head element arranged movably within the outer element, which head element forms an inner wall of the outer element which, in a collapsed state of the telescopic joint, abuts against an outer wall of the inner element. With such a solution, real static seals can be achieved between the inner element and the outer element in a collapsed state even with temperature and pressure variations, since the head element which is part of the outer element can still have a limited range of movements and can thus be moved together with it inner member in a collapsed state of the telescopic joint.

I henhold til er aspekt av oppfinnelsen omfatter det ytre element anordninger for å begrense bevegelsen av hodeelementet relativt i forhold til det ytre element. Slike anordninger kan eksempelvis være skuldre inne i det ytre elementet av teleskopskjøten. According to this aspect of the invention, the outer element comprises devices for limiting the movement of the head element relative to the outer element. Such devices can, for example, be shoulders inside the outer element of the telescopic joint.

I henhold til et ytterligere aspekt kan hodeelementet være formet av et hovedsakelig sylindrisk første parti, et radialt overgangsparti og et hovedsakelig sylindrisk andre parti, hvor det første parti er dannet med en hoveddiameter som er større enn en hoveddiameter av det andre partiet. According to a further aspect, the head member may be formed of a substantially cylindrical first portion, a radial transition portion, and a substantially cylindrical second portion, wherein the first portion is formed with a major diameter greater than a major diameter of the second portion.

I et ytterligere aspekt av oppfinnelsen omfatter teleskopskjøten dynamiske tetningselementer anordnet mellom en ytre overflate av det første parti og det ytre element og dynamiske tetningselementer mellom et parti forbundet til det ytre elementet og det andre parti. In a further aspect of the invention, the telescopic joint comprises dynamic sealing elements arranged between an outer surface of the first part and the outer element and dynamic sealing elements between a part connected to the outer element and the second part.

I henhold til et ytterligere aspekt kan det mellom en overgangsflate av overgangspartiet, en seksjon av det andre parti og det ytre element være dannet et ringformet kammer. Videre kan teleskopskjøten omfatte en fluidport i forbindelse med en fluidkilde til dette ringformede kammeret, slik at et barrierefluid kan tilføres dette ringformede kammeret med et trykk slik at hodeelementet beveges relativt det ytre elementet men holdes i relativ posisjon i forhold til det indre elementet i en kollapset tilstand av teleskopskjøten. Det vil naturlig være anordnet tetninger rundt dette ringformede kammeret slik at et fluid som tilføres kammeret hovedsakelig holdes i dette kammeret. Dette gir muligheten av å holde de statiske tetningselementene mellom et avtrappet parti av det indre element og den andre vegg, som virkelig statiske tetningselementer, ved å regulere trykket inne i det tredje ringformede kammeret og derved bevege hodeelementet i forhold til eventuelle bevegelser av det indre elementet i en kollapset tilstand av skjøten. Slike bevegelser kan oppstå på grunn av temperaturvariasjoner av elementene i skjøten. According to a further aspect, an annular chamber may be formed between a transition surface of the transition part, a section of the second part and the outer element. Furthermore, the telescopic joint can comprise a fluid port in connection with a fluid source to this annular chamber, so that a barrier fluid can be supplied to this annular chamber with a pressure such that the head element is moved relative to the outer element but is held in relative position relative to the inner element in a collapsed condition of the telescopic joint. Seals will naturally be arranged around this annular chamber so that a fluid supplied to the chamber is mainly kept in this chamber. This gives the possibility of holding the static sealing elements between a stepped part of the inner element and the second wall, as truly static sealing elements, by regulating the pressure inside the third annular chamber and thereby moving the head element in relation to any movements of the inner element in a collapsed state of the joint. Such movements can occur due to temperature variations of the elements in the joint.

I henhold til oppfinnelsen er det indre og ytre elementet dannet med tetningselementer mellom dem slik at det defineres i det minste et ringformet kammer mellom det indre og det ytre elementet i forskjellige tilstander av teleskopskjøten, som teleskoperende, fullt utstrukket og/eller fullt sammenslått. Det ringformede kammeret er tilpasset for et barrierefluid som har flere funksjoner hvor én av disse er å virke som et barrierefluid for tetningselementene. I det minste ett av tetningselementene skiller et brønnfluid inne i den intern strømningspassasjen fra dette ringformede kammeret, og i henhold til oppfinnelsen omfatter skjøten også anordninger for å forhindre brønnfluidene fra å komme inn i barrierefluidet. According to the invention, the inner and outer elements are formed with sealing elements between them so that at least an annular chamber is defined between the inner and outer elements in different states of the telescoping joint, such as telescoping, fully extended and/or fully collapsed. The annular chamber is adapted for a barrier fluid which has several functions, one of which is to act as a barrier fluid for the sealing elements. At least one of the sealing elements separates a well fluid inside the internal flow passage from this annular chamber, and according to the invention the joint also includes devices to prevent the well fluids from entering the barrier fluid.

Partikler og aggressive fluider inne i den innvendige strømningspassasjen av teleskopskjøten kan betydelig redusere levetiden for tetninger og tetningsoverflater i teleskopskjøten. Dette er ytterligere forsterket om trykkforskjellen over tetningene er høy og den aggressive siden har det høyere trykket. Particles and aggressive fluids inside the internal flow passage of the telescoping joint can significantly reduce the life of seals and sealing surfaces in the telescoping joint. This is further reinforced if the pressure difference across the seals is high and the aggressive side has the higher pressure.

I henhold til et aspekt av oppfinnelsen er dette løst ved å ha et arrangement som forhindrer brønnfluider fra å komme inn i barrierefluidet, hvilket arrangement omfatter anordninger for å regulere trykket av barrierefluidet inne i det ringformede kammeret. Ved å ha trykkdifferansen mellom brønnfluidene og barrierefluidet ved en gitt verdi, hvor barrierefluidet holdes ved et høyere trykk enn brønnfluidet vil man oppnå et forbedret arbeidsmiljø for tetningselementene. Når en teleskopskjøt er utsatt for en strøm av brønnfluider, må ikke tetningsslitasje forårsake lekkasjer av brønnfluider til omgivelsene og det må være mulig å teste tetningsbarrierene for å verifisere at teleskopskjøten ikke lekker. Dette er løst i henhold til oppfinnelsen ved trykkdifferansen mellom barrierefluidet og brønnfluidet og man kan overvåke barrierefluidet for å overvåke tilstanden av tetningselementene i teleskopskjøten. According to one aspect of the invention, this is solved by having an arrangement that prevents well fluids from entering the barrier fluid, which arrangement includes devices for regulating the pressure of the barrier fluid inside the annular chamber. By having the pressure difference between the well fluids and the barrier fluid at a given value, where the barrier fluid is kept at a higher pressure than the well fluid, an improved working environment for the sealing elements will be achieved. When a telescoping joint is exposed to a flow of well fluids, seal wear must not cause leaks of well fluids to the environment and it must be possible to test the seal barriers to verify that the telescoping joint is not leaking. This is solved according to the invention by the pressure difference between the barrier fluid and the well fluid and the barrier fluid can be monitored to monitor the condition of the sealing elements in the telescopic joint.

I henhold til et ytterligere aspekt er det indre elementet dannet med en endeseksjon, hvor en del av den ytre veggen av endeseksjonen er i anlegg mot en første indre vegg av det ytre element. Det er anordnet dynamiske tetningselementer i denne forbindelsen mellom det indre og ytre element. Denne endeseksjonen omfatter videre et avtrappet parti. Det avtrappede parti er dannet med en mindre diameter sammenlignet med den ytre veggen av endeseksjonen. En ytre vegg av det avtrappede parti er i anlegg mot en andre vegg i en sammenslått stilling av teleskopskjøten hvor det er anordnet statiske tetningselementer i denne forbindelsen. Avtrappingen er dannet for å forhindre de statiske tetningene fra å være i tettende kontakt når teleskopskjøten er i en normal teleskoperende tilstand. I en sammenslått og/eller fullt ut utstrukket posisjon av teleskopskjøten kan det være dannet et andre ringformet kammer mellom det indre element og det ytre element mellom den første og andre vegg, hvilke i en utførelse er dannet av det ytre element. Dette andre ringformede kammer er tettet i forhold til omgivelsene av dynamiske tetningselementer mellom det indre og ytre element og statiske tetningselementer mellom det indre element og den andre vegg. De dynamiske tetningselementene er tetningselementene som separerer brønnfluidene fra barrierefluidet under teleskoperende bevegelser av forbindelsen og de statiske tetningselementene separerer brønnfluidet fra det andre ringformede kammeret i en sammenslått tilstand av skjøten. Teleskopskjøten omfatter videre anordninger for å tilføre barrierefluid til det andre kammer, fortrinnsvis ved et trykk høyere enn brønnfluidet, som forhindrer brønnfluidene fra å komme inn i det andre kammeret i en sammenslått tilstand av skjøten. According to a further aspect, the inner element is formed with an end section, where part of the outer wall of the end section abuts a first inner wall of the outer element. Dynamic sealing elements are arranged in this connection between the inner and outer element. This end section also includes a stepped section. The stepped portion is formed with a smaller diameter compared to the outer wall of the end section. An outer wall of the stepped part is in abutment against a second wall in a joined position of the telescopic joint where static sealing elements are arranged in this connection. The taper is formed to prevent the static seals from being in sealing contact when the telescoping joint is in a normal telescoping condition. In a collapsed and/or fully extended position of the telescopic joint, a second annular chamber can be formed between the inner element and the outer element between the first and second walls, which in one embodiment are formed by the outer element. This second annular chamber is sealed relative to the surroundings by dynamic sealing elements between the inner and outer element and static sealing elements between the inner element and the second wall. The dynamic sealing elements are the sealing elements that separate the well fluids from the barrier fluid during telescoping movements of the connection and the static sealing elements separate the well fluid from the second annular chamber in a collapsed state of the joint. The telescopic joint further comprises means for supplying barrier fluid to the second chamber, preferably at a pressure higher than the well fluid, which prevents the well fluids from entering the second chamber in a collapsed state of the joint.

I henhold til et ytterligere aspekt av oppfinnelsen kan teleskopskjøten være låst slik at det indre og det ytre element er holdt i en relativ posisjon til hverandre. Dette kan gjøres i henhold til ett aspekt i enhver posisjon mellom en fullt utstrukket og en fullstendig sammentrukket posisjon. Dette kan gjøres ved å låse et innkompressibelt barrierefluid inne i det ringformede kammeret og derved forhindre ytterligere bevegelse mellom det indre og det ytre element av skjøten. I henhold til et annet aspekt kan låsefunksjonen oppnås ved å ha en låsemekanisme ved en ende av teleskopskjøten som forhindrer relativ bevegelse mellom de to delene. According to a further aspect of the invention, the telescopic joint can be locked so that the inner and outer elements are held in a relative position to each other. This can be done according to one aspect in any position between a fully extended and a fully contracted position. This can be done by locking an incompressible barrier fluid inside the annular chamber and thereby preventing further movement between the inner and outer elements of the joint. According to another aspect, the locking function can be achieved by having a locking mechanism at one end of the telescopic joint which prevents relative movement between the two parts.

En teleskopskjøt i henhold til oppfinnelsen kan omfatte noen eller alle de forskjellige aspektene av oppfinnelsen som beskrevet over. A telescopic joint according to the invention may include some or all of the different aspects of the invention as described above.

Oppfinnelsen vil nå forklares med utførelser med referanse til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 viser en skjematisk skisse av et stigerør forbundet mellom den undersjøiske installasjonen og det flytende fartøyet, The invention will now be explained with embodiments with reference to the attached drawings, where: Fig. 1 shows a schematic sketch of a riser connected between the underwater installation and the floating vessel,

Fig. 2 viser en utførelse av en teleskopisk skjøt i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2 shows an embodiment of a telescopic joint according to the invention,

Fig. 3 viser en andre utførelse som fokuserer på forskjellige elementer av oppfinnelsen, Fig. 3 shows a second embodiment which focuses on different elements of the invention,

Fig. 4A-B viser en detalj i en sammenslått tilstand av skjøten, Fig. 4A-B shows a detail in a joined state of the joint,

Fig. 5 viser en detalj i en utstrakt tilstand av skjøten, og Fig. 5 shows a detail in an extended state of the joint, and

Fig. 6 viser en mulig konfigurasjon for låsing av teleskopskjøten. Fig. 6 shows a possible configuration for locking the telescopic joint.

På fig. 1 er det vist en mulig konfigurasjon av en teleskopskjøt 1 anordnet i et stigerør 2 som strekker seg mellom en flytende struktur 3 og en undersjøisk installasjon 4. Den undersjøiske installasjonen 4 omfatter et undersjøisk tre 7 forbundet til brønnhodet. Stigerøret 2 er forbundet til det undersjøiske treet 7 med en nedre stigerørspakke 8 og en nødsituasjonfrakoblingspakke 9. Det er også anordnet en stresskjøt 10 i denne forbindelsen. Videre oppover i stigerøret 2 er det anordnet et svakt ledd 11 av stigerøret. Nærmere et kjellerdekk 13 av den flytende strukturen 3 er det anordnet en strekkskjøt 12, hvilken også kan tilveiebringe strekk i stigerøret 2. Teleskopskjøten 1 er anordnet nært til et boredekk 14. Over teleskopskjøten er det anordnet en hurtig låsekobling 15, en svivel 16, et adapter 17 under et overflatestrømningstre 18 anordnet i en strekkramme 19. In fig. 1 shows a possible configuration of a telescopic joint 1 arranged in a riser 2 which extends between a floating structure 3 and an underwater installation 4. The underwater installation 4 comprises an underwater tree 7 connected to the wellhead. The riser 2 is connected to the underwater tree 7 with a lower riser package 8 and an emergency disconnect package 9. A stress joint 10 is also provided in this connection. Further up in the riser 2, a weak link 11 of the riser is arranged. Closer to a basement deck 13 of the floating structure 3, a tension joint 12 is arranged, which can also provide tension in the riser 2. The telescopic joint 1 is arranged close to a drilling deck 14. Above the telescopic joint is arranged a quick locking coupling 15, a swivel 16, a adapter 17 under a surface flow tree 18 arranged in a tension frame 19.

På fig. 2 er det vist en utførelse av en teleskopskjøt i henhold til ett aspekt av oppfinnelsen. Teleskopskjøten kan være posisjonert i et arrangement som det vist på fig. 1. Teleskopskjøten omfatter et ytre element 100 og et indre element 101 som definerer en innvendig strømningspassasje 102 i seg. Teleskopskjøten er slik konfigurert at det ytre elementet kan forbindes til den nedre del av stigerøret og det indre elementet kan forbindes til overflatestrømningstreet. Imidlertid kan man ha et motsatt arrangement, dvs. at det indre elementet forbindes til stigerøret og det ytre elementet forbindes til overflatestrømningstreet. In fig. 2 shows an embodiment of a telescopic joint according to one aspect of the invention. The telescopic joint can be positioned in an arrangement as shown in fig. 1. The telescopic joint comprises an outer element 100 and an inner element 101 which defines an inner flow passage 102 in itself. The telescopic joint is configured so that the outer element can be connected to the lower part of the riser and the inner element can be connected to the surface flow tree. However, one can have an opposite arrangement, i.e. the inner element is connected to the riser and the outer element is connected to the surface flow tree.

Det indre elementet 101 omfatter en hovedseksjon 130 med en ytre vegg 131 og en endeseksjon 132 med en større diameter enn hovedseksjonen 130. Overgangen fra hovedseksjonen 130 til endeseksjonen er dannet av en radial endeoverflate 133. Endeseksjonen 132 har en ytre vegg 134 og er formet med en avtrappet seksjon 136 med en ytre vegg 137 som har en mindre diameter enn den ytre veggen 134 av resten av endeseksjonen 132. Det er inne i det indre elementet formet en indre boring 139, hvilket i én ende har et traktformet parti 139b. Det ytre elementet er formet med et sylindrisk hus 140, hvilket har en første indre vegg 141 med en innvendig diameter. En ende av det sylindriske huset 140 er formet med en endeflens 142. Huset 140 er videre formet med en smalere seksjon 144 og en andre indre vegg 145 med en indre diameter mindre enn diameteren av den første indre veggen 141. The inner element 101 comprises a main section 130 with an outer wall 131 and an end section 132 with a larger diameter than the main section 130. The transition from the main section 130 to the end section is formed by a radial end surface 133. The end section 132 has an outer wall 134 and is shaped with a stepped section 136 with an outer wall 137 having a smaller diameter than the outer wall 134 of the rest of the end section 132. An inner bore 139 is formed inside the inner element, which at one end has a funnel-shaped portion 139b. The outer element is formed with a cylindrical housing 140, which has a first inner wall 141 with an inner diameter. One end of the cylindrical housing 140 is formed with an end flange 142. The housing 140 is further formed with a narrower section 144 and a second inner wall 145 with an inner diameter smaller than the diameter of the first inner wall 141.

Det indre elementet 101 er bevegelig anordnet inne i det ytre elementet 100 og vist i en kollapset tilstand på fig. 2. Det er anordnet dynamiske tetningselementer 135 i forbindelsen mellom endeflensen 142 og hovedseksjonen 130, og mellom endeseksjonen 132 og den første indre vegg 141, som danner et indre kammer 123 mellom endeflensen 142, den første indre veggen 141, den radiale endeoverflaten 133 og ytre vegg 131 av hovedseksjonen 130 av det indre element 101. Dette indre ringformede kammer 123 kan fylles med et barrierefluid gjennom en første port 143 forbundet til en kontrollsylinder 103. The inner element 101 is movably arranged inside the outer element 100 and shown in a collapsed state in fig. 2. Dynamic sealing elements 135 are arranged in the connection between the end flange 142 and the main section 130, and between the end section 132 and the first inner wall 141, which form an inner chamber 123 between the end flange 142, the first inner wall 141, the radial end surface 133 and outer wall 131 of the main section 130 of the inner element 101. This inner annular chamber 123 can be filled with a barrier fluid through a first port 143 connected to a control cylinder 103.

Kontrollsylinderen 103 omfatter et første kammer 104, inne i dette kammeret 104 er det anordnet et første stempelhode 105 forbundet til en stempelstang 116. En side av stempelhodet 105, som vender vekk fra stempelstangen 116 er i fluidforbindelse med det ringformede kammer 123 gjennom en første fluidlinje 114 fra det første kammeret gjennom den første porten 143. Den andre siden av stempelhodet 105 er i fluidforbindelse med en første fluidkilde 106. Det er i kontrollsylinderen 103 et andre kammer 118 med et stempelhode 120 forbundet til den samme stempelstangen 116. Den delen av kammeret på siden av stempelhodet 120 som vender vekk fra stempelhodet 120 er i fluidforbindelse med fluidet innenfor den innvendige strømningspassasjen 102 inne i teleskopskjøten gjennom en andre fluidlinje 122 og en tredje port 147 gjennom veggen av sylinderhuset 140 som leder inn i strømningspassasjen 102. Den andre siden av stempelhodet 120, med stempelstangen 116 er i kontakt med en andre fluidkilde 121. Det er i tillegg i denne utførelsen et mellomliggende kammer 115 mellom det første 104 og det andre 118 kammer. Dette mellomliggende kammeret 115 er i kontakt med en tredje fluidkilde 117 og er gjennomskåret av stempelstangen 116. Det er tetningselementer mellom stempelstangen og veggene som danner det mellomliggende kammeret 115 og holder derved barrierefluidet innenfor det første kammeret 104 og brønnfluidet innenfor det andre kammeret 118 fra fluidet i det mellomliggende kammeret 115, og oppnår dermed en separering av barrierefluidet fra brønnfluidet. Det er i tillegg forbundet en akkumulator 107 til det første kammer 104 på siden av stempelhodet 105 som er i fluidforbindelse med det ringformede kammer 123. Stempelhodet 105 og stempelhodet 120 er vist å ha lignende arealer, dette er imidlertid ikke nødvendig og i noen applikasjoner vil det være ønskelig å ha forskjellige arealer av de to sidene av de to stempelhodene som vender vekk fra hverandre. The control cylinder 103 comprises a first chamber 104, inside this chamber 104 there is arranged a first piston head 105 connected to a piston rod 116. One side of the piston head 105, which faces away from the piston rod 116, is in fluid connection with the annular chamber 123 through a first fluid line 114 from the first chamber through the first port 143. The other side of the piston head 105 is in fluid communication with a first fluid source 106. There is in the control cylinder 103 a second chamber 118 with a piston head 120 connected to the same piston rod 116. That part of the chamber on the side of the piston head 120 facing away from the piston head 120 is in fluid communication with the fluid within the internal flow passage 102 inside the telescopic joint through a second fluid line 122 and a third port 147 through the wall of the cylinder housing 140 leading into the flow passage 102. The other side of the piston head 120, with the piston rod 116 is in contact with a second fluid source 121. D in addition, in this embodiment there is an intermediate chamber 115 between the first 104 and the second 118 chamber. This intermediate chamber 115 is in contact with a third fluid source 117 and is cut through by the piston rod 116. There are sealing elements between the piston rod and the walls that form the intermediate chamber 115 and thereby keep the barrier fluid within the first chamber 104 and the well fluid within the second chamber 118 from the fluid in the intermediate chamber 115, thus achieving a separation of the barrier fluid from the well fluid. An accumulator 107 is additionally connected to the first chamber 104 on the side of the piston head 105 which is in fluid communication with the annular chamber 123. The piston head 105 and the piston head 120 are shown to have similar areas, however this is not necessary and in some applications will it may be desirable to have different areas of the two sides of the two piston heads facing away from each other.

Teleskopskjøten er på fig. 2 vist i en sammenslått posisjon. I denne posisjonen er det formet et andre annulært kammer 124 mellom det indre og ytre elementet, begrenset av de dynamiske tetningselementene 135 mellom den første indre veggen 141 og den ytre veggen 134 av endeseksjonen 132 og statiske tetningselementer 138 mellom den ytre veggen 137 av det avtrappede partiet 136 og den andre indre veggen 145 av den smalere seksjonen 144 av sylinderhuset 140. Dette andre ringformede kammer 124 er i kontakt med en kilde av barrierefluid gjennom en andre port 146 i det sylindriske huset 140. The telescopic joint is in fig. 2 shown in a collapsed position. In this position, a second annular chamber 124 is formed between the inner and outer element, limited by the dynamic sealing elements 135 between the first inner wall 141 and the outer wall 134 of the end section 132 and static sealing elements 138 between the outer wall 137 of the stepped portion 136 and the second inner wall 145 of the narrower section 144 of the cylindrical housing 140. This second annular chamber 124 is in contact with a source of barrier fluid through a second port 146 in the cylindrical housing 140.

På fig. 3 er det vist andre aspekter av oppfinnelsen. Lignende elementer er gitt samme referansenummer og bare forskjellene vil forklares. Det ringformede kammeret 123 er gjennom i det minste to porter 143a, 143b forbundet til en fluidkrets 119 for barrierefluidet innenfor det ringformede kammer 123. Denne fluidkretsen 119 omfatter pumpeanordninger 110 for mulig tvunget sirkulasjon av barrierefluidet, enveisventiler 112, 113 som forhindrer fluid fra å strømme i feil retning gjennom fluidkretsen 119 og en kjøler 109 og filteranordninger 108. Det er også forbundet en kontrollenhet 111 til kretsen for å regulere strømningen. Fluidkretsen 119 kan forbindes til den første fluidkilden 106 for tilførsel av fluid inn i kretsen. Det er også andre ventilarrangementer for å regulere strømningen operert av kontrollenheten 111. In fig. 3, other aspects of the invention are shown. Similar items are given the same reference number and only the differences will be explained. The annular chamber 123 is connected through at least two ports 143a, 143b to a fluid circuit 119 for the barrier fluid within the annular chamber 123. This fluid circuit 119 comprises pump devices 110 for possible forced circulation of the barrier fluid, one-way valves 112, 113 which prevent fluid from flowing in the wrong direction through the fluid circuit 119 and a cooler 109 and filter devices 108. A control unit 111 is also connected to the circuit to regulate the flow. The fluid circuit 119 can be connected to the first fluid source 106 for supplying fluid into the circuit. There are also other valve arrangements to regulate the flow operated by the control unit 111.

På fig. 4A og 4B er det vist en detalj av et annet aspekt av oppfinnelsen. I denne utførelsen er teleskopskjøten vist i en fullstendig kollapset posisjon og man har statiske tetningselementer 138 i en forbindelse mellom en ytre vegg 137 av den avtrappede seksjonen 136 av det indre elementet 101. Den andre indre veggen 145' i denne utførelsen er for anlegg mot disse statiske tetningselementene 138 dannet av et hodeelement 150 anordnet bevegelig innenfor det ytre elementet 100. Hodeelementet 150 er formet av et hovedsakelig sylindrisk første parti 151, et radialt overgangsparti 152 og et hovedsakelig sylindrisk andre parti 153. Disse partiene har hovedsakelig den samme veggtykkelsen, og det første partiet 151 er dannet med en hoveddiameter som er større enn en hoveddiameter av det andre partiet 153. Det er anordnet dynamiske tetningselementer 135' mellom en ytre overflate av det første parti 151 og det ytre elementet 100 og dynamiske tetningselementer 135" mellom et parti forbundet til det ytre elementet 100 og det andre partiet 153 av hodeelementet 150. Det er mellom en overflate av overgangspartiet, en seksjon av det andre parti 153 og det ytre element 100 dannet et tredje ringformet kammer 125. Dette tredje ringformede kammeret 125 er i fluidkontakt med en fluidkilde gjennom en tredje fluidport 126. Et barrierefluid er tilført til dette tredje ringformede kammeret 125 med et trykk, og dette trykket er regulert slik at hodeelementet 150 beveges relativt det ytre elementet 100 men holdes i en relativ posisjon i forhold til det indre elementet 101, slik at man dermed får virkelige statiske forhold for de statiske tetningselementene 138. Hodeelementet 150 er relativt bevegelig i forhold til det ytre elementet 100 men begrenset i sin bevegelse i én retning av den første stoppeskulder 127 formet i forbindelse med det andre ringformede kammeret 124. Hodeelementet 150 er begrenset i sin bevegelse i motsatt retning av en andre stoppeskulder 128 dannet av en overflate av det tredje ringformede kammeret 125. In fig. 4A and 4B, a detail of another aspect of the invention is shown. In this embodiment, the telescopic joint is shown in a fully collapsed position and one has static sealing elements 138 in a connection between an outer wall 137 of the stepped section 136 of the inner element 101. The second inner wall 145' in this embodiment is for abutment against these the static sealing elements 138 formed by a head element 150 arranged movably within the outer element 100. The head element 150 is formed by a mainly cylindrical first part 151, a radial transition part 152 and a mainly cylindrical second part 153. These parts have mainly the same wall thickness, and the first part 151 is formed with a main diameter that is larger than a main diameter of the second part 153. There are arranged dynamic sealing elements 135' between an outer surface of the first part 151 and the outer element 100 and dynamic sealing elements 135" between a part connected to the outer element 100 and the second part 153 of the head element 150. It is between a surface of the transition portion, a section of the second portion 153 and the outer member 100 formed a third annular chamber 125. This third annular chamber 125 is in fluid contact with a fluid source through a third fluid port 126. A barrier fluid is supplied to this third annular the chamber 125 with a pressure, and this pressure is regulated so that the head element 150 is moved relative to the outer element 100 but is held in a relative position in relation to the inner element 101, so that real static conditions are thus obtained for the static sealing elements 138. The head element 150 is relatively movable in relation to the outer element 100 but limited in its movement in one direction by the first stop shoulder 127 formed in connection with the second annular chamber 124. The head element 150 is limited in its movement in the opposite direction by a second stop shoulder 128 formed of a surface of the third annular chamber 125.

Hensikten med hodeelementet 150 er å sikre at de statiske tetningselementene 138 mot det teleskoperende indre elementet 101 forblir statiske. Det teleskopiske indre element 101 og det teleskopiske ytre element 100 vil være utsatt for små relative bevegelser forårsaket av forskjeller i lengde på grunn av temperatur, aksialkrefter og bøyemomenter. Denne størrelsen av relativ bevegelse kan være i størrelsen av flere millimeter avhengig av de påførte lastene og termiske transienter. Hodeelementet 150 er slik designet at påførsel av trykket til det tredje kammeret 125 aktuerer hodeelementet 150 mens bevegelsen er begrenset til betydelig mindre enn bevegelsen som behøves for å eksponere de dynamiske tetningene 135', 135". Dette sikrer effektivt at de statiske tetningselementene 138 forblir virkelig statiske mens de dynamiske tetningselementene 135', 135" alltid vil befinne seg i et ikke-eksponert tetningsområde. The purpose of the head element 150 is to ensure that the static sealing elements 138 against the telescoping inner element 101 remain static. The telescopic inner member 101 and the telescopic outer member 100 will be subject to small relative movements caused by differences in length due to temperature, axial forces and bending moments. This magnitude of relative movement can be on the order of several millimeters depending on the applied loads and thermal transients. The head member 150 is designed such that application of the pressure to the third chamber 125 actuates the head member 150 while movement is limited to significantly less than the movement required to expose the dynamic seals 135', 135". This effectively ensures that the static seal members 138 remain true static while the dynamic sealing elements 135', 135" will always be in a non-exposed sealing area.

En fullt utstrukket posisjon er vist på fig. 5.1 denne utførelsen kan man se at det er en mulighet å forme det indre elementet med en avtrappet seksjon 136' ved den motsatte enden av det indre elementet 101 sammenlignet med endeseksjonen. Denne avtrappede seksjonen 136' har en noe mindre ytre diameter sammenlignet med hovedseksjonen av det indre elementet 101. Den avtrappede seksjonen 136' er formet med en ytre vegg 137' hvor det anvendes statiske tetningselementer 138' mellom den ytre veggen 137' og en andre indre vegg 145'. Bevegelsen av det indre element i én retning langs lengdeaksen er forhindret av en stoppeoverflate 127' dannet av en skulder av et parti som danner en del av det ytre elementet 100. A fully extended position is shown in fig. 5.1 this embodiment it can be seen that there is a possibility to form the inner element with a stepped section 136' at the opposite end of the inner element 101 compared to the end section. This stepped section 136' has a somewhat smaller outer diameter compared to the main section of the inner element 101. The stepped section 136' is formed with an outer wall 137' where static sealing elements 138' are used between the outer wall 137' and a second inner wall 145'. The movement of the inner element in one direction along the longitudinal axis is prevented by a stop surface 127' formed by a shoulder of a part forming part of the outer element 100.

De forskjellige aspekter av oppfinnelsen har nå blitt forklart med referanse til flere tegninger. En teleskopskjøt kan omfatte én, noen eller alle de forskjellige aspektene. Med en teleskopskjøt i henhold til oppfinnelsen kan man oppnå at det hydrauliske systemet for barrierefluidet opprettholder hydraulisk trykk over brønntrykket for å forhindre at partikler og brønnfluider trenger inn i barrierefluidet. I tillegg vil teleskopbevegelsen tilveiebringe en pumpeaksjon i forhold til barrierefluidet slik at det sirkulerer gjennom en kjøler uten benyttelse av en pumpe i smøresystemet. Kjølingen av barrierefluidet er fordelaktig siden høye aksiale hastigheter i kombinasjon med høye bøyekrefter forårsaker varmedannelse på grunn av friksjon. The various aspects of the invention have now been explained with reference to several drawings. A telescoping joint can include one, some or all of the different aspects. With a telescopic joint according to the invention, it can be achieved that the hydraulic system for the barrier fluid maintains hydraulic pressure above the well pressure to prevent particles and well fluids from penetrating into the barrier fluid. In addition, the telescoping movement will provide a pumping action in relation to the barrier fluid so that it circulates through a cooler without the use of a pump in the lubrication system. The cooling of the barrier fluid is advantageous since high axial velocities in combination with high bending forces cause heat generation due to friction.

Det hydrauliske systemet kan som sagt være forbundet til en ekstern høytrykksenhet (HPU) hvilket muliggjør inline strekking av teleskopskjøten og som hjelper til å tilveiebringe en lukkekraft når man beveger teleskopskjøten til kollapset (lukket) posisjon. Med dette må man relatere de forskjellige overflatene eksponert til de forskjellige fluidene i forhold til hverandre for å oppnå den spesielle effekten. Passiv kompensasjon kan være tilveiebrakt ved å lade hydraulikksystemet med trykk. En akkumulator vil tillate for volumendringer i hydraulikksystemet under teleskopbevegelsen. Hydraulikksystemet kan kontrolleres av et ledende/regulerende system eller kontrolleres i sekvens for dermed å tilveiebringe muligheten av å tilveiebringe aktiv (tvunget) kompenseringsbevegelse. Dette kan derved enten benyttes i forbindelse med wire-line verktøy/boreutstyr og kveilrør for å opprettholde en fiksert posisjon (relativt i forhold til brønnen) nede i brønnen for "verktøyene" ved å kompensere for riggbevegelsen. Den aktive kompenseringsmodusen kan automatisk snus til passiv tilstand i tilfelle det er en feilfunksjon i reguleringssystemet. As mentioned, the hydraulic system can be connected to an external high pressure unit (HPU) which enables inline stretching of the telescoping joint and which helps to provide a closing force when moving the telescoping joint to the collapsed (closed) position. With this, one must relate the different surfaces exposed to the different fluids in relation to each other in order to achieve the special effect. Passive compensation can be provided by charging the hydraulic system with pressure. An accumulator will allow for volume changes in the hydraulic system during the telescopic movement. The hydraulic system can be controlled by a leading/regulating system or controlled in sequence to thereby provide the possibility of providing active (forced) compensating movement. This can therefore either be used in connection with wire-line tools/drilling equipment and coiled tubing to maintain a fixed position (relative to the well) down in the well for the "tools" by compensating for the rig movement. The active compensation mode can be automatically switched to passive mode in the event of a malfunction in the control system.

Det hydrauliske systemet kan være utstyrt med et partikkelfilter integrert i fluidkammeret og en kjøler som kan befinne seg innvendig i teleskopskjøtsammenstillingen. Akkumulatoren vil dempe en tilbakeslagsbevegelse i stigerøret. The hydraulic system may be equipped with a particle filter integrated into the fluid chamber and a cooler which may be located inside the telescopic joint assembly. The accumulator will dampen a recoil movement in the riser.

Når man opererer i ekstremt aggressive miljøer (høyt partikkelinnhold eller utsettes for substanser med alvorlig nedbrytning av tetningsmaterialer, f.eks. kjemikalier) kan det være en ulempe om volumkompensasjonen befinner seg i stigerøret. Ved å tillate volumkompensasjon på utsiden av teleskopskjøten, er tetningene mer lett tilgjengelig og designet av volumkompensatoren kan fasilitere for spyling av avfall, et flertall kamre for beskyttelse av hydraulikksmøringen og tetningene. Ved å eliminere volumkompensatoren som et kammer i linje, hvilket befinner seg i teleskopskjøten vil også lengden av teleskopskjøten betydelig reduseres. Dette er fordelaktig på rigger/fartøyer hvor rom og krankapasitet for håndtering er begrensende faktorer. Spesielt i forhold til tilpasning av eksisterende systemer kan dette ha betydning. When operating in extremely aggressive environments (high particle content or exposed to substances with serious degradation of sealing materials, e.g. chemicals) it can be a disadvantage if the volume compensation is located in the riser. By allowing volume compensation on the outside of the telescopic joint, the seals are more easily accessible and the design of the volume compensator can facilitate the flushing of waste, a plurality of chambers for the protection of the hydraulic lubrication and the seals. By eliminating the volume compensator as a chamber in line, which is located in the telescopic joint, the length of the telescopic joint will also be significantly reduced. This is advantageous on rigs/vessels where space and crane capacity for handling are limiting factors. Especially in relation to the adaptation of existing systems, this can be significant.

Teleskopskjøten i henhold til oppfinnelsen kan være låst i enhver posisjon, enten ved å lukke inne barrierefluidet i det første kammeret eller ved å ha en ekstern låsemekanisme. The telescopic joint according to the invention can be locked in any position, either by closing in the barrier fluid in the first chamber or by having an external locking mechanism.

Oppfinnelsen er nå forklart med utførelser, men en fagperson vil forstå at man kan utføre endringer eller modifikasjoner til systemet som er innenfor rammen av oppfinnelsen som definert i de etterfølgende krav. The invention has now been explained with embodiments, but a person skilled in the art will understand that changes or modifications can be made to the system that are within the scope of the invention as defined in the subsequent claims.

Claims

1. Telescopic joint (1) for use in a riser (2) extending between a floating structure (3) and a subsea installation (4), comprising an outer element (100) and an inner element (101) slidably arranged within the the outer element (100), so that an internal flow passage (102) is formed for well fluids, characterized in that the outer element (100) comprises a separate head element (150) arranged movably within the outer element (100), which head element (150) forms an inner wall (145') of the outer element (100) which in a collapsed state of the telescopic joint is in contact with an outer wall (137) of the inner element (101).

2. Telescopic joint according to claim 1, characterized in that the outer element (100) comprises devices (127,128) to limit the movement of the head element (150) relative to the outer element (100).

3. Telescopic joint according to one of the preceding requirements, characterized in that the head element (150) is formed by a mainly cylindrical first part (151), a radial transition part (152) and a mainly cylindrical second part (153), where the first part (151) is formed with a main diameter that is greater than a major diameter of the second part (153).

4. Telescopic joint according to one of the preceding requirements, characterized in that dynamic sealing elements (135') are arranged between an outer surface of the first part (151) and the outer element (100) and dynamic sealing elements (135") between a part connected to the outer element (100) and the second party (153).

5. Telescopic joint according to one of the preceding requirements, characterized in that an annular chamber (125) is formed between a transition surface of transition parity (152), a section of the second part (153) and the outer element (100), and the telescopic joint comprises a fluid port (126) in connection with a fluid source , so that a barrier fluid can be supplied to this annular chamber (125) with a pressure such that the head element (150) is moved relative to the outer element (100) but is held in relative position relative to the inner element (101).