NO336045B1

NO336045B1 - Anordning og fremgangsmåte ved kraftaktuator for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning

Info

Publication number: NO336045B1
Application number: NO20130157A
Authority: NO
Inventors: Egil Eriksen
Original assignee: Electrical Subsea & Drilling As
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2015-04-27
Also published as: EP2812529A1; BR112014019648A8; AU2013217818B2; NO20130157A1; WO2013119126A1; ES2621496T3; US9388888B2; BR112014019648B1; US20150008000A1; EP2812529B1; EP2812529A4

Abstract

Anordning og fremgangsmåte ved kraftaktuator (2) for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning hvor en elektrisk motor (50) via transmisjonselement (80) driver et forskyvbart aktueringselement (16), og hvor kraftaktuatoren (2) omfatter minst to parallelle og samvirkende skruemutterforbindelser (20) som er koplet til aktueringselementet (16) og hvor transmisjonselementene (80) omfatter et drivhjul (40) som synkront driver en skrue (22) eller en mutter (18) i hver av de minst to skruemutterforbindelsene (20).

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE VED KRAFTAKTUATOR FOR DYKKET ANVENDELSE VED PETROLEUMSUTVINNING

Denne oppfinnelse vedrører en kraftaktuator for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning. Nærmere bestemt dreier det seg om en anordning ved kraftaktuator for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning hvor en elektrisk motor via transmisjonselement driver et forskyvbart aktueringselement. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for oppbygging av en kraftaktuator.

Betegnelsen "kraftaktuator" er benyttet for å understreke at en aktuator ifølge oppfinnelsen er særlig velegnet i anvendelser hvor det kreves relativt store aktueringskrefter. Kraftaktuatoren er nedenfor vist tilkoplet en kutteanordning i en utblåsingssikring. Dette utgjør en typisk anvendelse, men kraftaktuatoren er like velegnet for en rekke andre dykkede anvendelser.

Under petroleumsutvinning til havs er det nødvendig å kunne manøvrere for eksempel brønnverktøy, ventiler, koplingsanordningerellertetningsanordninger. Noen avdisse operasjoner krever relativt store krefter.

Tradisjonelt har utstyr av denne art vært hydraulisk betjent. Hydraulisk betjening be-tinger oftest at det fremføres hydraulikledninger fra overflaten. For å oppnå nøyaktig manøvrering og nødvendig systemredundans er det nødvendig å anordne ventiler nær aktuatoren. Foruten at slike hydrauliske anlegg er relativt store og kostbare, kan det også forekomme utslipp av betydelige mengder hydraulikkvæske til omgivelsene. Det foreligger også ønske om å oppnå vektreduksjoner og å unngå driftsavbruddstid.

Grunnet de nevnte og andre ulemper tilknyttet hydrauliske system, er det utviklet elektromekaniske aktuatorer for anvendelse under vann. Slike aktuatorer kjennetegnes typisk ved at de er forsynt med to drivsystemer og at de dessuten er innrettet til å kunne manøvreres ved hjelp av en ekstern motor, for eksempel av en ROV (Remote Operated Vehicle).

US 2004/0056229 beskriver således en elektromekanisk aktuator for en undervanns

strupeventil hvor aktuatoren er forsynt med to uavhengige elektromotorer som via en snekke driver en dreibar spindel. Spindelen er utformet med en selvlåsende funksjon.

WO 2005 068774 viser også en elektromekanisk aktuator som er forsynt med to elektromotorer og hvor motorene er koplet til en dreibar, utgående aksling.

Generelt er kjente elektromekaniske aktuatorer for anvendelse under vann relativt store, kompliserte og kostbare.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning ved kraftaktuator for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning, hvor en elektrisk motor via transmisjonselementer driver et forskyvbart aktueringselement, og hvor kraftaktuatoren kjennetegnes ved at den omfatter minst to parallelle og i samme forskyvingsretning samvirkende skruemutterforbindelser som er koplet til aktueringselementet, og hvor transmisjonselementene omfatter et drivhjul som synkront driver en skrue eller en mutter i hver av de minst to skruemutterforbindelsene.

Ved å fordele aktueringskraften på flere skruemutterforbindelser kan relativt små, standardiserte skruekomponenter benyttes. Det kan dreie seg om tradisjonelle gjengeforbindelser av ulik art, kulemutterforbindelser eller gjengerullforbindelser. De sistnevnte er tilgjengelige fra for eksempel SKF og beskrives i SKF's kataloger.

Kraftaktuatoren kan enkelt forsynes med for eksempel en posisjonsgiver som tilkoplet et styresystem til enhver tid kan vise aktueringselementets relative posisjon i kraftaktuatoren. Dette, i kombinasjon med kontroll av motoren med hensyn til posisjon, gir en dobbelt kontroll når det gjelder posisjon. Det er også enkelt å styre aktueringskraften som motoren utøver mot aktueringselementet, ved hjelp av tilført effekt. En ope-ratør kan således fra en posisjon på overflaten styre både kraft og den relative posisjon av aktueringselementet i aktuatoren.

Drivhjulet kan utgjøres av et tannhjul som er i inngrep med aktueringshjul som er koplet til skruen eller mutteren i skruemutterforbindelsene. Alternativt kan drivhjulet for eksempel utgjøres av et kjedehjul eller et tannreimshjul som via et kjede eller en tannreim er i inngrep med aktueringshjul koplet til skruen eller mutteren i skruemutterforbindelsene.

Mutteren eller skruen i skruemutterforbindelsene kan alternativt være festet til aktueringselementet. Den aktuelle anvendelse vil avgjøre hva som er mest praktisk. I den viste og foretrukne utførelsesform er mutteren festet til aktueringselementet.

Aktueringselementet kan være koplet til en kuttekniv i en utblåsingssikring. Dette viser at betydelige aktueringskrefter kan frembringes ved hjelp av kraftaktuatoren.

Motoren kan omfatte minst to individuelle sett viklinger for å gi den nødvendige re-dundans.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte ved kraftaktuator for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning hvor en elektrisk motor via transmisjonselementer driver et forskyvbart aktueringselement og hvor fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter: - å forsyne kraftaktuatoren med minst to parallelle og i samme forskyvingsretning samvirkende skruemutterforbindelser; og - å kople skruemutterforbindelsene til aktueringselementet idet transmisjonselementene omfatter et drivhjul som synkront driver en skrue eller en mutter i hver av de minst to skruemutterforbindelsene.

Fremgangsmåten kan omfatte å kople aktueringselementet til en kuttekniv i en utblåsingssikring.

Anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilveiebringer således en relativt kompakt og lett kraftaktuator for bruk undervann ved petroleumsutvinning. Kraftaktuatoren er tilrettelagt til å kunne styres av en operatør både med hensyn til den kraft den utøver og den relative posisjon av aktueringselementet i kraftaktuatoren.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform og fremgangsmåte som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 perspektivisk viser to kraftaktuatorer ifølge oppfinnelsen koplet til en utblåsingssikring; Fig. 2 viser i større målestokk et snitt I-l i fig. 1; Fig. 3 viser perspektivisk en kraftaktuator hvor et utvendig endedeksel og en aktuatorkappe er fjernet; og Fig. 4 viser det samme som i fig. 3, men hvor også en elektrisk motor og et pla-netgir er fjernet.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en utblåsingssikring som er forsynt med to kraftaktuatorer 2. Et gjennomgående løp 4 i utblåsingssikringen 1 er forsynt med kuttekniver 6.

Det henvises nå til fig. 2. Kuttekniven 6 er festet til en knivføring 8 som utgjør en sty-ring for kuttekniven 6. En aktueringsspindel 10 forbinder knivføringen 8 ved hjelp av et leddlager 12 og en bolt 14 til et forskyvbart aktueringselement 16.

Aktueringselementet 16 er festet til fire muttere 18 som tilhører hver sin skruemutter-forbindelse 20 hvorav to er vist i fig. 2. Skruemutterforbindelsenes 20 skruer 22, som er dreibare, er ved sitt ene endeparti ved hjelp av et første lager 24 festet til en mon-teringsplate 26 som er boltet til utblåsingssikringen 1. I sitt motstående endeparti er skruene 22 lagret i et motorhus 28 ved hjelp av andre lagre 30. De andre lagrene 30 er ikke vist i fig. 2, men vises i fig. 4. Skruene 22 er derved forhindret fra å kunne forskyves aksialt i kraftaktuatoren 2.

Motorhuset 28 og et girhus 32 er ved hjelp av stag 34 og en boltforbindelse 36 festet til monteringsplaten 26.

Hver skrue 22 er forsynt med et aktueringshjul 38, se fig. 2 og 4, som er i inngrep med et drivhjul 40. Drivhjulet 40 er koplet til en drivaksling 42 som er lagret i motorhuset 28 og i girhuset 32 ved hjelp av drivakslingslagre 44.

Drivakslingen 42 er koplet til et planetgirs 46 utgående side, idet planetgirets 46 inn-gående side er koplet til en motorspindel 48. Planetgiret 46 er festet til motorhuset 28.

Motorspindelen 48, som også bærer en elektrisk motors 50 anker 52, er lagret i en endeplate 54 og i et endedeksel 56 ved hjelp av spindellagre 58.

Endeplaten 54 er festet til motorhuset 28 hvor også motorens 50 stator 60 er festet. Endedekselet 56 er festet til monteringsplaten 26 via en aktuatorkappe 62.

Motorspindelen 48 rager gjennom endedekselet 56 og er tilrettelagt for å kunne dreies av en ikke vist ekstern motor, for eksempel i form av en ROV.

Den elektriske motoren 50 er forsynt med to uavhengige viklinger 64 som hver for seg er innrettet til å kunne drive motoren 50. Viklingene 64 tilføres energi via kabler 66 og

gjennomføringer 68.

Kraftaktuatoren 2 er forsynt med en elektromagnetisk brems 70 hvor en bremsering 72 ligger an mot ankeret 52. Bremsen 70 løses ut ved hjelp av en spole 74 når motoren 50 skal startes.

Kraftaktuatoren 2 er fylt med et fluid, typisk silikonolje. En trykkompensator 76 av i og for seg kjent utførelse kommuniserer med det omgivende trykk ved hjelp av en kanal 78 gjennom endedekselet 56.

Når kuttekniven 6 skal aktiveres, løses først bremsen 70 ut, hvoretter energi tilføres en av viklingene 64 slik at motoren 50 starter. Motorens 50 anker 52 driver via motorspindelen 48 og transmisjonselementer 80 som utgjøres av planetgiret 46, drivakslingen 42, drivhjulet 40 og aktueringshjulene 38 de respektive skruene 22 i skruemutterforbindelsene 20. Mutterne 18 sammen med aktueringselementet 16, aktuer-ingsspindelen 10, knivføringen 8 og kuttekniven 6 forskyves derved mot et ikke vist rør som befinner seg i løpet 4 slik det er illustrert i fig. 2 hvor kuttekniven 6 er under-veis fra sin tilbaketrukne, passive posisjon. Kutteknivens 6 kraft og relative posisjon styres fra overflaten som forklart i den generelle del.

Claims

1. Anordning ved kraftaktuator (2) for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning hvor en elektrisk motor (50) via transmisjonselementer (80) driver et forskyvbart aktueringselement (16),karakterisert vedat kraftaktuatoren (2) omfatter minst to parallelle og i samme forskyvingsretning samvirkende skruemutterforbindelser (20) som er koplet til aktueringselementet (16), og hvor transmisjonselementene (80) omfatter et drivhjul (40) som synkront driver en skrue (22) eller en mutter (18) i hver av de minst to skruemutterforbindelsene (20).

2. Anordning i henhold til krav 1, hvor drivhjulet (40) utgjøres av et tannhjul som er i inngrep med aktueringshjul (38) som er koplet til skruen (22) eller mutteren (18) i skruemutterforbindelsene (20).

3. Anordning i henhold til krav 1, hvor drivhjulet (40) utgjøres av et kjedehjul som er i inngrep med aktueringshjul (38) som er koplet til skruen (22) eller mutteren (18) i skruemutterforbindelsene (20).

4. Anordning i henhold til krav 1, hvor drivhjulet (40) utgjøres av et tannreimshjul som er i inngrep med aktueringshjul (38) som er koplet til skruen (22) eller mutteren (18) i skruemutterforbindelsene (20).

5. Anordning i henhold til krav 1, hvor mutteren (18) i skruemutterforbindelsene (20) er festet til aktueringselementet (16).

6. Anordning i henhold til krav 1, hvor skruen (22) i skruemutterforbindelsene (20) er festet til aktueringselementet (16).

7. Anordning i henhold til krav 1, hvor aktueringselementet (16) er koplet til en kuttekniv (6) i en utblåsingssikring (1).

8. Anordning i henhold til krav 1, hvor motoren (50) omfatter minst to uavhengige sett viklinger (64).

9. Fremgangsmåte ved kraftaktuator (2) for dykket anvendelse ved petroleumsutvinning hvor en elektrisk motor (50) via transmisjonselementer (80) driver et forskyvbart aktueringselement (16),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - å forsyne kraftaktuatoren (2) med minst to parallelle og i samme forskyvingsretning samvirkende skruemutterforbindelser (20); og - å kople skruemutterforbindelsene (20) til aktueringselementet (16), idet transmisjonselementene (80) omfatter et drivhjul (40) som synkront driver en skrue (22) eller en mutter (18) i hver av de minst to skruemutterforbindelsene (20).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, hvor fremgangsmåten omfatter å kople aktueringselementet (16) til en kuttekniv (6) i en utblåsingssikring (1).