NO335387B1

NO335387B1 - Strekkmaskin og framgangsmåte for påføring av strekk på et undervannselement

Info

Publication number: NO335387B1
Application number: NO20055447A
Authority: NO
Inventors: Jeffery Kirk Mccarty; Fife B Ellis
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2014-12-08
Also published as: GB2420801B; GB2420801A; GB0523510D0; US7823646B2; FR2878311B1; NO20055447D0; ITRM20050574A1; NO20055447L; US20060108121A1; FR2878311A1

Abstract

Strekkmaskin (11) for en offshorestruktur med indre (19) og ytre (13) beholder, som går i inngrep med hverandre for bevegelse mellom en inntrukket og utstrukket stilling. Beholderne (13,19) er fylt med gasstrykk. En primær tetning (43) er anordnet mellom den indre (19) og ytre (13) beholder ved den åpne enden til den indre beholderen (19). Et ringformet smøremiddelreservoar (25) er montert til ei innvendig veggflate til den indre beholder. En smøremiddelåpning (39) strekker seg fra smøremiddelreservoaret (25). Et påfyllingsrør (29) fører fra reservoaret og til utsiden av den indre beholderen for etterpåfylling av smøremiddel (31).

Description

Oppfinnelsen vedrører en strekkmaskin for påføring av strekk på et undervannselement ifølge krav 1 og 8 samt en framgangsmåte for påføring av strekk til et undervannselement ifølge krav 14.

Bakgrunn

Stigerør blir benyttet ved offshore olje- og gassbrønnproduksjon, for føring av brønnfluider fra et havbunns-brønnhode til en flytende produksjonsplattform. Strekkmaskiner blir anvendt ved plattformen for å påføre strekk på stigerørene. En typisk strekkmaskin omfatter en stempel- og sylinder-anordning som er forsynt med gasstrykk fra akkumulatorer. Bølger og strømninger gjør at stempelet og sylinderen strekkes ut og trekker seg inn. Hydraulisk væske i kammeret tilveiebringer smøring.

I én type omfatter stempelkomponenten en beholder som er i glidbart inngrep med sylinderen eller en annen beholder. Hver beholder har en lukket ende og en åpen ende, hvorved de åpne endene er i fluidforbindelse med hverandre. Det indre av beholderne fungerer som kammer for mottak av gasstrykk. Ved å kombinere det indre av hver beholder, kan volumet til kammeret være tilstrekkelig til å eliminere eksterne akkumulatorer eller i det minste å redusere mengden av eksterne akkumulatorer. Et større internt volum påvirker sylinderstivheten kontra slagkarakteristikk. Det må imidlertid tilveiebringes midler for smøring av primærtetningene, og den hydrauliske væska reduserer mengden av volum som kan fylles med gass.

US patentskrift 4,721,053 beskriver en kompensator for å sikre elastisitet i en kobling mellom to objekter som beveger seg i forhold til hverandre. Et reservoar er montert på en indre veggoverflate av et indre rør arrangert inne i et ytre rør. Smøremiddel tilføres mellom det indre og ytre røret for å smøre rørene som beveger seg i forhold til hverandre.

US patentskrift 5,069,488 beskriver en annen bevegelseskompensator for stigerør der et ringformet kammer opptar et smøremiddel.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i form av en strekkmaskin ifølge den karakteriserende del av krav 1 og 8 samt en framgangsmåte for påføring av strekk til et undervannselement ifølge den karakteriserende del av patentkrav 14. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige kravene.

I denne oppfinnelsen har strekkmaskinen indre og ytre beholdere som er i teleskopisk inngrep med hverandre. Et ringformet smøremiddelreservoar er montert til ei indre veggflate til den indre beholderen. En smøremiddelåpning strekker seg fra smøremiddelreservoaret, gjennom den indre beholderen, til ei utvendig flate til den indre beholderen, for tilføring av smøremiddel mellom den indre og ytre beholderen. En gassinnløpsåpning fører til innsiden av den indre og ytre beholderen for tilføring av gasstrykk, som presser den indre og ytre beholderen til en utstrukket stilling.

Et påfyllingsrør fører fra smøremiddelreservoaret til en ytre ende til den indre beholderen, for etterfylling av smøremiddel. Reservoaret er fortrinnsvis mye mindre i volum enn volumet til begge beholderne og har en hovedsakelig toroide-formet konfigurasjon. Øvre og nedre ender til reservoaret er tilkoblet en indre vegg som har radial avstand innenfor den indre veggflata til den indre beholderen. En forbindelsesåpning i reservoaret mottar gasstrykk fra den indre og ytre beholderen, og setter smøremiddelet under samme trykk som gassen.

Kort beskrivelse av figurene:

Figur 1 er et utsnitt som illustrerer en strekkmaskin for stigerør i samsvar med denne oppfinnelsen;

Figur 2 er et forstørret utsnitt av en del av strekkmaskinen i figur 1.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Det henvises til figur 1. En strekkmaskin 11 er tilvirket for bruk ved påføring av strekk til et stigerør for en flytende offshore bore- eller produksjonsplattform. På grunn av bølger og strømninger beveger plattformen seg vertikalt og sideveis i forhold til stigerøret. Et antall strekkmaskiner 11 vil være tilkoblet mellom stigerøret og plattformen på en vanlig måte for å bibeholde et ønsket strekk i stigerøret.

Strekkmaskinen 11 har en ytre beholder 13 som er en sylinder med et nedre lukket endedeksel 15. En gassinnløpsåpning 17 strekker seg gjennom det nedre endedekselet 15 for tilføring av gass til det indre av den ytre beholderen 13. Gassen vil typisk være nitrogen. Strekkmaskinen 11 har et hult stempel eller indre beholder 19 som på teleskopisk vis glir i den ytre beholderen 13. Den indre beholderen 19 er en sylinder som har en øvre ende som skyter fram over den ytre beholderen 13 og ender med et øvre lukket endedeksel 21. Den ytre beholderen 13 og indre beholderen 19 definerer et kammer 23 med variabelt volum.

Det henvises også til figur 2. Et smøremiddelreservoar eller -dam 25 er montert i det indre av den indre beholderen 19, for bevegelse med denne. Smøremiddelreservoaret 25 er fortrinnsvis anordnet ved den nedre enden til den indre beholderen 19 og har en toroideformet utforming. Smøremiddelreservoaret 25 har en nedre ende 25a som er hovedsakelig vinkelrett på aksen til den indre beholderen 19 i dette eksemplet. Den nedre enden 25a har en indre omkrets eller kant som er tettet mot den nedre enden til den indre beholderen 19 ved hjelp av en tetning 27. Den indre omkretsen til den nedre enden 25a støter mot en nedoverrettet skulder i den indre beholderen 19, noe som forhindrer oppoverrettet bevegelse av reservoaret 25 i forhold til den indre beholderen 19. Den nedre enden 25a kan være festet til den indre beholderen 19 på et flertall måter, så som med en låsering (ikke vist) som hindrer nedoverrettet bevegelse av reservoaret 25 i forhold til den indre beholderen 19.

Smøremiddelreservoaret 25 har en øvre ende 25b som er hovedsakelig vinkelrett på aksen til den indre beholderen 19 i dette eksemplet, og går sammen med den indre sideveggen til den indre beholderen 19. Den indre omkretsen til den øvre enden 25b tetter fortrinnsvis ikke mot den indre diameteren til den indre beholderen 19. I stedet finnes det en klaring (ikke vist) for forbindelse mellom trykket i kammeret 23 og det innvendige av reservoaret 25. Alternativt kan én eller flere åpninger være tilveiebrakt i den øvre enden 25b, for å tilveiebringe forbindelse mellom trykket fra kammeret 23 og det indre av reservoaret 25. Den sentrale delen 25c til reservoaret 25, mellom den nedre enden 25a og øvre enden 25b, kan være av hvilken som helst ønsket form. I denne utførelsesformen er den øvre delen til den sentrale delen 25c hovedsakelig sylindrisk og den nedre delen er konisk. En del av den indre beholderen 19, mellom den nedre enden 25a og den øvre enden 25b, definerer en ytre vegg for smøremiddelreservoaret 25. Volumet til reservoaret 25 er mye mindre enn volumet til det innvendige til både den ytre beholderen 13 og den indre beholderen 19. Avstanden fra den nedre enden 25a til den øvre enden 25b er mye mindre enn lengden til den indre beholderen 19.

Smøremiddelreservoaret 25 inneholder et kvantum hydraulisk væske eller smøremiddel 31, som kan være av et flertall oljetyper. Smøremiddelet 31 holdes i smøremiddelreservoaret 25 ved hjelp av tetningen 27 ved den nedre enden 25a. Det finnes fortrinnsvis midler for å etterfylle smøremiddel 31 i smøremiddelreservoaret 25 fra tid til annen. I den foretrukkete utførelsen strekker et påfyllingsrør 29 seg gjennom reservoarets øvre ende 25b og har en nedre ende anordnet inne i reservoaret 25. Røret 29 har en øvre ende som er festet til det øvre endedekselet 21 (figur 1). En åpning 33 strekker seg gjennom det øvre endedekselet 21, fra tilkoblingen med røret 29 og til utsiden av det øvre endedekselet 21, for innføring av smøremiddel. Et valgfritt nivåglass 35 er montert til den øvre enden av åpningen 33 for observasjon om det er smøremiddel eller gass deri. En ventil 37 er montert til utsiden av nivåglasset 35.

Det henvises igjen til figur 2. Et flertall forbindelsesåpninger 39 strekker seg lateralt gjennom sideveggen til den indre beholderen 19, litt over den nedre enden 25a til smøremiddelreservoaret 25. En avskraper 41 kan være anordnet på den utvendige diameteren til den indre beholderen 19, under forbindelsesåpningen 39. Trykkforskjellen over avskraperen 41 vil være liten eller null. Et par primære høytrykkstetninger 43 er anordnet over avskraperen 41 og forbindelsesåpningene 39, for tetting mot den indre diameteren til den ytre beholderen 13. Primærtetningene 43 blir utsatt for smøremiddel under lavt trykk på oversiden og det høye trykket til kammeret 23 på undersiden, som kan være så høyt som 200 bar (3000 psi). Smøremiddelet 31 fra reservoaret 25 strømmer gjennom forbindelsesåpningene 39 for å smøre tetningene 43 idet beholderne 13 og 19 går frem og tilbake i forhold til hverandre.

Det henvises til figur 1. Ei krage 45 er anordnet på den øvre enden til den ytre beholderen 13, for glidende kontakt med den utvendige diameteren til den indre beholderen 19. En smal ringformet klaring 47 finnes mellom beholderne 13, 19 fra høytrykkstetningene 43 til kragen 45. Kragen 45 tetter mot den utvendige diameteren til den indre beholderen 19, og fungerer som en føring, og blokkerer mot innløp av rusk i klaringen 47. I denne utførelsen leder én eller flere smøremiddelføringer 49 fra et ytre reservoar og akkumulator (ikke vist) til en kavitet i kragen 45, for tilføring av smøremiddel til det indre av kragen 45 ved et lavt trykk. Kaviteten i kragen 45 er i forbindelse med den innvendige diameteren til kragen 45. Således blir smøremiddel ved lavt trykk bibeholdt i den smale ringformete klaringen mellom høytrykkstetningene 43 og kragen 45.

Under installasjon av strekkmaskinen 11, blir gass under trykk innført i kammeret 23. Gassen entrer også reservoaret 25 og påfyllingsrøret 29. Installatøren tilkobler ei pumpe (ikke vist) til ventilen 37, pumpa har et inntak som fører til en kilde for smøremiddel 31. Installatøren åpner ventilen 37 og pumper smøremiddel 31 gjennom åpningen 33 og røret 29 inn i reservoaret 25. Pumpetrykket må være noe større enn det indre trykket i kammeret 23 for at smøremiddelet 31 skal strømme inn i reservoaret 25 og fortrenge gassen i dette. Installatøren tilfører fortrinnsvis tilstrekkelig smøremiddel 31 for å hovedsakelig fylle reservoaret 25. Dette kan gjøres ved å måle mengden av smøremiddel 31 som strømmer gjennom røret 29. Etter fylling stenger installatøren ventilen 37. Vanligvis forblir smøremiddel 31 i røret 29 og kan observeres i nivåglasset 35 på grunn av trykket som blir påført smøremiddelet 31 i kammeret 29. Dersom installatøren overfyller smøremiddelreservoaret 25, vil det overflødige flyte ut klaringen ved den indre omkretsen til den øvre enden 25b og entre kammeret 23. Det overflødige smøremiddelet vil strømme til det nedre endedekselet 15 og forbli der uten å skade funksjonen til strekkmaskinen 11.

Under drift, på grunn av bølgebevegelse og strømning, vil den indre beholderen 19 bevege seg i forhold til den ytre beholderen 13. Forbindelsesåpningene 39 tilfører kontinuerlig en mengde smøremiddel 31 til tetningene 43. En operatør vil periodisk sjekke nivåglasset 35. Tilstedeværelse av bobler indikerer at gass i kammeret 23 har entret røret 29, og informerer operatøren om at nivået på smøremiddelet 31 har sunket til under den nedre enden til røret 29. Operatøren etterfyller smøremiddel på den samme måten som beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen har betydelige fordeler. Smøremiddelreservoaret opptar kun en liten mengde rom i det indre av strekkmaskinen. Dette muliggjør at det meste av volumet til strekkmaskinkammeret kan fylles med gass. Det store volumet til strekkmaskinen reduserer eller kan eliminere behovet for eksterne akkumulatorer. Påfyllingsrøret muliggjør enkel etterfylling av smøremiddel.

Claims

1. Strekkmaskin (11) for påføring av strekk til et undervannselement som strekker seg til en flytende offshore-struktur,karakterisert vedat den omfatter: indre (19) og ytre (13) beholdere som er i teleskopisk inngrep med hverandre; hvorved en av beholderne er arrangert for å monteres på offshorestrukturen og den andre til et stigerør; hvorved beholderne (13, 19) har et indre som er innbyrdes strømningsmessig forbundet og definerer et kammer (23) som inneholder en gass under trykk, hvorved gasstrykket tvinger beholderne (13,19) mot en forlenget posisjon; en primærtetning (43) mellom den indre (19) og ytre (13) beholderen ved ei grenseflate mellom den indre og ytre beholderen, hvorved primærtetningen (43) tetter gasstrykket inne i kammeret (23), primærtetningen (43) separerer en stor andel av trykket ved grenseflata, som er eksponert overfor gassen undertrykk, fra en atmosfærisk trykkandel ved grenseflata; et ringformet smøremiddelreservoar (25) montert i kammeret (23) til ei innvendig veggflate til den indre beholderen (19), hvorved smøremiddelreservoaret (25) inneholder et smøremiddel som er eksponert overfor gasstrykket; en smøremiddelåpning (39) som strekker seg fra smøremiddelreservoaret (25), gjennom en sidevegg av den indre beholderen (19), til ei utvendig veggflate til den indre beholderen (19) på høytrykksiden av grenseflata, for tilføring av smøremiddel (31)til høytrykksiden av grenseflata.

2. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den ytterligere omfatter: et påfyllingsrør (29) som fører fra smøremiddelreservoaret (25) gjennom kammeret (23) til en ytre ende av den indre beholderen (19), for etterfylling av smøremiddel (31).

3. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat reservoaret (25) har en hovedsakelig toroideformet konfigurasjon med en sentral åpning innrettet med en lengdeakse av beholderne.

4. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat reservoaret (25) har første og andre ender (25a, 25b) som er tilkoblet med en indre vegg i avstand radielt innenfor den indre veggflata, og hvorved en del av den indre veggflata fungerer som en ytre vegg til reservoaret (25).

5. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat smøremiddelreservoaret (25) er montert til en indre ende til den indre beholderen (19).

6. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat smøremidlet inne i reservoaret (25) er i fysisk kontakt med gassen i kammeret (23).

7. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat hver av beholderne (13,19) har en åpen ende og en lukket ende; smøremiddelåpningen (39) er anordnet tilstøtende den åpne enden til den indre beholderen (19).

8. Strekkmaskin (11) for en offshore-struktur,karakterisert vedat omfatter: indre (19) og ytre (13) beholder som er i inngrep med hverandre, for bevegelse mellom inntrukket og utstrukket stilling, som hver har en lukket ende og en åpen ende som forbinder det indre (23) av beholderne (13, 19) med hverandre for å definere et kammer (23) som inneholder en gass under trykk, hvorav en av beholderne er arrangert for å monteres til offshorestrukturen og den andre til et stigerør; en gassåpning (17) for innføring av gass under trykk til kammeret (23), som presser beholderne (13,19) mot den utstrukkete stillingen; en primærtetning (43) mellom en utvendig veggoverflate av den indre beholderen (19) og en innvendig veggoverflate av den ytre (13) beholderen, hvorved primærtetningen (43) er lokalisert inntil den åpne enden til den indre beholderen (19), for tetting av gasstrykket i kammeret (23); et ringformet smøremiddelreservoar (25) som er montert inntil ei innvendig veggflate til den indre beholderen (19) ved den åpne enden til den indre beholderen (19), hvilket reservoar (25) har et indre som inneholder smøremiddel i fluidforbindelse med gasstrykket i kammeret (23); og en smøremiddelåpning (39) som strekker seg fra smøremiddelreservoaret (25), gjennom en sidevegg av den indre beholderen (19), til den utvendige veggoverflata av den indre beholderen til primærtetningen (43), for tilføring av smøremiddel (31) mellom den indre (19) og ytre (13) beholderen.

9. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat den ytterligere omfatter: et påfyllingsrør (29) som leder fra smøremiddelreservoaret (25) gjennom kammeret (23) til den lukkete enden til den indre beholderen (19), for etterfylling av smøremiddel (31).

10. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat reservoaret (25) har en toroideformet konfigurasjon med en sentral åpning som er koaksial med en lengdeakse av den indre beholderen.

11. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat reservoaret (25) har første og andre ende (25a, 25b), hvorved hver av endene (25a, 25b) har en indre kant som støter mot den innvendige veggflata til den indre beholderen (19).

12. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat smøremidlet i reservoaret (25) er i fysisk kontakt med gassen i kammeret (23).

13. Strekkmaskin (11) i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat reservoaret (25) har en lukket nedre ende (25a) og en indre vegg for å forhindre smøremiddel (31) fra å strømme inn i kammeret (23).

14. Fremgangsmåte for påføring av strekk til et undervannselement som strekker seg til en flytende offshore-struktur,karakterisert vedat den omfatter: å montere et smøremiddelreservoar (25) til ei innvendig veggflate til en indre beholder (19) og å danne en smøremiddelåpning fra smøremiddelreservoaret (25), gjennom den innvendige veggflata til den indre beholderen (19) til et utløp på den utvendige veggoverflata av den indre beholderen (19); å anordne den indre beholderen (19) i en ytre beholder (13); installere en primærtetning (43) ved en grenseflate mellom ei utvendig overflate av den indre beholderen (19) og ei innvendig overflate av den ytre beholderen (13); å tilkoble undervannselementet til én av beholderne og offshore-strukturen til den andre av beholderne; å sette det innvendige av den indre (19) og ytre beholderen (13) under trykk med en gass for å presse beholderne mot en utstrukket stilling i forhold til hverandre, hvorved primærtetningen (43) definerer en høy trykkandel og en atmosfærisk trykkandel ved grenseflata, hvorved den høye trykkandelen av grenseflata er eksponert overfor gassen i kammeret (23), hvorved utløpet av smøremiddelåpningen er i høytrykksdelen av grenseflata; og å innføre smøremiddel til smøremiddelreservoaret (25), som strømmer gjennom smøremiddelåpningen for å smøre grenseflata mellom den indre og ytre beholderen, idet de beveger seg i forhold til hverandre.

15. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat den ytterligere omfatter å forbinde gasstrykket i beholderne til smøremiddelet i reservoaret.