NO336213B1 - Undersjøisk innretning - Google Patents

Description

Undersjøisk innretning

Oppfinnelsens område og kjent teknikk

Foreliggende oppfinnelse vedrører en undersjøisk innretning som omfatter en ekstern kapsling som omslutter et internt volum inneholdende fluid, og en trykkutjevningsventil for utjevning av fluidtrykket i nevnte volum.

I forbindelse med installasjoner for produksjon av olje og gass er det velkjent at rask avkjøling av produksjonsfluidet under normal produksjon, og spesielt under et midlertidig avbrudd i produksjonen, kan forårsake at det blir dannet hydrater, noe som kan føre til tilstopping av rør og rørforbindelser. For å forsinke avkjøling av produksjonsfluidet i tilfelle av et avbrudd i produksjonen trengs det en eller annen form av termisk isolasjon og varmelagringsmedium i det elementet som produksjonsfluidet strømmer gjennom. Nevnte element vil for eksempel kunne være et rør, en manifold, en ventil, en konnektor osv. WO 01/63088 Al og WO 2006/106406 Al beskriver bruken av et såkalt varmelager (heat bank) for å isolere termisk ett eller flere elementer inkludert i en undersjøisk installasjon. Varmelageret omfatter en kapsling som er innrettet til a omslutte et fluid som har varmelagringskapasitet, for eksempel sjøvann, og som har et innvendig volum med plass for nevnte element eller elementer og nevnte fluid, slik at fluidet omgir det respektive elementet og gjør at fluidet kan forsinke avkjøling av elementet ved hjelp varmen som er lagret i fluidet. På denne måten vil varmelageret beskytte vedkommende element mot for hurtig avkjøling, ved hjelp av varmen som er lagret i fluidet inne i kapslingen. Fluidet i varmelageret blir oppvarmet av varme avgitt fra det/de beskyttede elementet/elementene under normal drift.

Når et varmelager, eller hvilken som helst annen innretning som er beregnet til å inneholde fluid innelukket i en kapsling blir nedsenket i sjøen, vil kapslingen bli utsatt for en ekstern belastning som følge av det hydrostatiske trykket av det omgivende sjøvannet. Det hydrostatiske trykket og dermed den eksterne belastningen på kapslingen vil øke gradvis med økt dybde. For å unngå at kapslingen kollapser på større havdyp på grunn av denne eksterne belastningen, må trykket av fluidet inne i kapslingen bli balansert mot trykket fra det omgivende sjøvannet ved hjelp av en trykkbalanseringsinnretning. Det er behov for en enkel og pålitelig trykkbalanseringsinnretning som passer for bruk i et varmelager eller hvilken som helst annen undersjøisk innretning som skal senkes i havet.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en undersjøisk innretning som har en enkel og pålitelig trykkutjevningsventil for å balansere trykket av et fluid, inne i en kapsling i den undersjøiske innretningen, med trykket fra det omgivende sjøvannet.

I henhold til oppfinnelsen blir denne hensikten oppnådd ved en undersjøisk innretning som har de trekkene som er definert i krav 1.

Den undersjøiske innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter en ekstern kapsling som omslutter et innvendig volum inneholdende av fluid samt en trykkutjevningsventil for utjevning av fluidtrykket i nevnte volum. Trykkutjevningsventilen er forsynt med et ventillegeme som omfatter en baseseksjon, samt et ventilelement som er festet til baseseksjonen og plassert inne i kapslingen. Baseseksjonen strekker seg gjennom en åpning som finnes i kapslingen og blir forflyttbart mottatt i denne åpningen. Ventilelementet strekker seg lateralt fra baseseksjonen, forbi omkretsen av nevnte åpning i kapslingen, og møter et ventilsete som omgir denne åpningen. Ventillegemet kan flyttes aksielt oppover under påvirkning av et eksternt fluidtrykk som virker på ventillegemet, fra en hvilestilling der ventilelementet er i tettsluttende kontakt med ventilsetet og derved forhindrer fluidstrømning inn i og ut av nevnte interne volum, til en hevet stilling der ventil elementet åpner nevnte åpning og tillater fluidstrømning fra omgivelsene inn i nevnte interne volum, for utjevning av fluidtrykket der inne når den undersjøiske innretningen blir nedsenket i sjøen. Ventillegemet kan flyttes aksielt nedover under påvirkning av tyngdekraften, fra den hevede stillingen til hvilestillingen.

På denne måten vil trykkutjevningsventilen åpnes automatisk under påvirkning av det eksterne hydrostatiske trykket som virker på ventillegemet når den undersjøiske innretningen blir senket i sjøen, og derved tillate at sjøvann kan strømme inn i det interne volumet i kapslingen. Derved blir trykket av fluidet i det interne volumet i kapslingen balansert mot trykket fra det omgivende sjøvannet under nedsenkingen av den undersjøiske innretningen i sjøen. Når den undersjøiske innretningen er blitt installert i en undersjøisk installasjon, vil trykkutjevningsventilen under påvirkning av tyngdekraften forbli stengt og derved forhindre fluidstrømning inn i eller ut av nevnte interne volum. Denne trykkutjevningsventilen har en svært enkel og pålitelig konstruksjon, og den kan brukes i hvilken som helst undersjøisk innretning hvor en strømning av sjøvann inn i et internt volum i den undersjøiske innretningen kan godtas under nedsenkingen av den undersjøiske innretningen i sjøen. Når den undersjøiske innretningen er blitt installert på ønsket dybde i sjøen, har trykkutjevningsventilen oppfylt sin trykkut-jevningsfunksjon, og ytterligere bevegelse av ventilelementet er unødvendig. Ventilelementet skal da bare forbli i hvilestilling.

Ytterligere fordeler så vel som fordelaktige trekk ved den undersjøiske innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil fremgå av de avhengige kravene og følgende beskrivelse.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene følger her en spesifikk beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, gjengitt i form av eksempler nedenfor. Tegningsfigurene viser som følger: Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en undersjøisk innretning i henhold til oppfinnelsen, sett i et lengdesnitt med trykkutjevningsventilen i lukket stilling, Figur 2 viser den undersjøiske innretningen på figur 1 med

trykkutjevningsventilen i åpen stilling,

Figur 3 viser en perspektivskisse av et ventillegeme som inngår i trykkutjevningsventilen som er vist på figurene 1 og 2, med en vekt montert på ventillegemet, og Figur 4 viser nevnte ventillegeme og nevnte vekt i en

eksplodert visning.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen Undersjøisk innretning 1 i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse er illustrert på figurene 1 og 2.

Den undersjøiske innretningen 1 omfatter en ekstern kapsling 2 som inneholder et internt volum 3 beregnet å inneholde fluid. Den undersjøiske innretningen 1 er utstyrt med en trykkutjevningsventil 10 for utjevning av fluidtrykket i nevnte volum 3.

Trykkutjevningsventilen 10 er forsynt med et ventillegeme 11

som omfatter en baseseksjon 12 og et ventilelement 13. Ventilelementet 13 er festet til baseseksjonen 12 og innrettet inne i kapslingen 2. Baseseksjonen 12 strekker seg gjennom en åpning 5 som finnes i kapslingen 2 og blir forflytningsbart montert i denne åpningen 5. Baseseksjonen 12 er med fordel montert i åpningen 5 i kapslingen ved hjelp av et glidelager 14, som illustrert på figurene 1 og 2. Ventilelementet 13 strekker seg lateralt fra baseseksjonen 12 forbi omkretsen av åpningen 5 i

kapslingen og møter et ventilsete 15 som omgir denne åpningen 5.

I den illustrerte utførelsen er den ovenfor nevnte åpningen 5 anordnet i en bunnvegg 4 i kapslingen 2.

Baseseksjonen 12 har sylindrisk form, fortrinnsvis en sirkulær sylindrisk form som illustrert på figurene 3 og 4. Åpningen 5 i kapslingen har en form som er tilpasset tverrsnittet av baseseksjonen 12, for å tillate baseseksjonen å bevege seg aksielt oppover og nedover i åpningen 5.

Ventillegemet 11 er aksielt forflyttbart oppover under påvirkning av et eksternt fluidtrykk som virker på ventillegemet 11, fra en hvilestilling (se figur 1) der ventilelementet 13 er i tettsluttende kontakt med ventilsetet 15 og derved forhindrer fluidstrømning inn i og ut av det interne volumet 3 i kapslingen, til en hevet stilling (se figur 2), der ventilelementet 13 blir hevet fra ventilsetet 15 og derved tillater fluidstrømning fra omgivelsene inn i nevnte interne volum 3 for å utjevne fluidtrykket der inne når den undersjøiske innretningen 1 blir nedsenket i sjøen. Ventillegemet 11 er aksielt forflyttbart nedover under påvirkning av tyngdekraften, fra hevet stilling til hvilestillingen. Trykkutjevningsventilen 10 virker altså som en enveisventil (non-return valve) og hindrer at fluid i det interne volumet 3 i kapslingen kan strømme ut i omgivelsene gjennom åpningen 5 i bunnveggen 4 i kapslingen, samtidig som den tillater at fluid kan strømme fra omgivelsene og inn i det interne volumet 3 i kapslingen gjennom nevnte åpning 5 når det eksterne fluidtrykket som virker på kapslingen 2 overstiger trykket av fluidet i det interne volumet 13 i kapslingen med en gitt verdi. Herved blir differansen mellom fluidtrykket inne i kapslingen 2 og fluidtrykket på utsiden av kapslingen utjevnet, og den eksterne belastningen på kapslingen forårsaket av det hydrostatiske trykket av det omgivende sjøvannet blir derved eliminert. 1 den illustrerte utførelsen er ventilsetet 15 dannet av en indre overflate i kapslingen 2 som omgir åpningen 5.

Ventillegemet 11 blir ledet i dets aksielle bevegelser oppover og nedover i åpningen 5 av glidearrangementet som utgjøres av den eksterne overflaten av baseseksjonen 12 i åpningen 5.

Forflytning av ventillegemet 11 i aksiell retning nedover er begrenset av ventilelementet 13. Et stopp-element 16 som stikker ut lateralt kan være montert i nedre ende av base-seks jonen 12 for å begrense forflytning av ventillegemet 11 i aksiell retning oppover. I den illustrerte utførelsen er ventillegemet 11 utstyrt med et stopp-element 16 i form av en flens som stikker ut radielt fra nedre ende av baseseksjonen 12.

Et utluftningshullet 6 er plassert i en øvre del av kapslingen 2 for å tillate utslipp av luft fra det interne volumet 3 gjennom dette utluftningshullet når det kommer sjøvann inn i volumet 3 gjennom åpningen 5 under en nedsenking i sjøen av den undersjøiske innretningen 1.

Et tetningselement 17 som omgir åpningen 5 er plassert mellom

ventilelementet 13 og ventilsetet 15 når ventillegemet 11 er i hvilestilling. I det illustrert eksempelet er tetningselementet 17 montert på ventilelementet 13, men det kan alternativt være montert på ventilsetet 15.

Én eller flere vekter 18 kan være montert på ventillegemet 11 for å øke tyngdekraften som virker på ventillegemet 11 for å holde dette i hvilestilling. Alternativt kan ventillegemet 11 selv ha fått en konstruksjon med tilstrekkelig masse.

I det illustrerte eksempelet har ventilelementet 13 form av en plate med en vekt på 18 montert på oversiden av platen, og et ringformet tetningselement 17 montert på undersiden av platen. Platen strekker seg perpendikulært i forhold til senteraksen av baseseksjonen 12.

Som illustrert på figurene 3 og 4 kan vekten 18 være forsynt med et aksielt gjennomgående hull 19 som samvirker med en vertikal monteringspinne 20 plassert i øvre ende av ventillegemet 11. Monteringspinnen 20 strekker seg fra en øvre ende-flate 21 på baseseksjonen 12. Monteringspinnen 20 blir satt inn i det aksielle gjennomgående hullet 19 av vekten 18 når loddet er montert på ventillegemet 11, som illustrert på figur 3. Loddet 18 kan altså bli montert på ventillegemet 11 ved å bli skjøvet inn på monteringspinnen 20. De monterte elastiske sperrene 22 i øvre ende av monteringspinnen 20 forhindrer vekten 18 fra å gli av monteringspinnen. Sperrene 22 blir presset radielt innover når vekten 18 blir skjøvet ned på monteringspinnen 20, og de vil fjære tilbake radielt utover over vekten 18 når de passerer gjennom den øvre åpningen av det gjennomgående hullet 19.

I det illustrerte eksempelet lar det plateformede ventilelementet 13 seg montere på baseseksjonen 12 på samme måte som vekten 18, dvs. ved å bli skjøvet inn på monteringspinnen 20. I dette tilfellet er ventilelementet 13 ustyrt med et aksielt gjennomgående hull 23 som samvirker med monteringspinnen 20. Monteringspinnen 20 blir satt inn i det aksielt gjennomgående hullet 23 av ventilelementet 13 når ventilelementet blir montert på baseseksjonen 12.

Ventilelementet 13 og baseseksjonen 12 er eksempelvis av plastmateriale.

I den illustrerte utførelsen blir, når ventillegemet 11 er i hevet stilling, sjøvann tillatt å strømme fra omgivelsene og inn i det interne volumet 3 i kapslingen, gjennom et hulrom 25 laget i baseseksjonen 12. Dette hulrommet 25 står i fluidkommunikasjon med omgivelsene via én eller flere innløps-åpninger 26 som finnes i en nedre del 12a av baseseksjonen. Hulrommet 25 har én eller flere sideveis utløpsåpninger 27 innrettet i baseseksjonen 12 på et nivå mellom nevnte nedre del 12a av baseseksjonen og ventilelementet 13. Hver utløpsåpning 27 er innrettet i en slik høyde i baseseksjonen 12 at den blir plassert inne i kapslingen 2 når ventillegemet 11 er i hevet stilling, slik at den tillater fluidstrømning fra omgivelsene inn i det interne volumet 3 i kapslingen gjennom hulrommet 25 og de sideveis utløpsåpningene 27 i baseseksjonen 12 når ventillegemet 11 er i denne stillingen, slik det er illustrert ved piler på figur 2. Hver utløpsåpning 27 er med fordel også innrettet på et slikt nivå i baseseksjonen 12 at den blir plassert utenfor kapslingen 2 når ventillegemet 11 er i hvilestilling, som illustrert på figur 1.

I det illustrerte eksempelet har hulrommet 25 en aksiell inn-løpsåpning 26 dannet av en åpen nedre ende av baseseksjonen 12 og et antall radielle utløpsåpninger 27 som er fordelt omkring senteraksen i hulrommet 25.

Baseseksjonen 12 kan alternativt være konstruert på en slik måte at sjøvann kan, når ventillegemet 11 er i hevet stilling, strømme fra omgivelsene inn i det interne volumet 3 i kapslingen gjennom en eller flere strømningskanaler som strekker seg langs den eksterne overflaten på baseseksjonen 12.

I det den undersjøiske innretningen 1 blir nedsenket i sjøen og når til en slik dybde at den eksterne belastningen på ventillegemet 11 forårsaket av at det hydrostatiske trykket fra det omgivende sjøvannet overstiger tyngdekraften som virker på ventillegemet, vil ventillegemet 11 automatisk bli hevet fra hvilestilling. Ventilelementet 13 blir så hevet fra ventilsetet 15 og sjøvann kan strømme inn i det interne volumet 3 i kapslingen. Når sjøvann kommer inn i det interne volumet 3 av kapslingen, kan luft som finnes i nevnte volum 3 unnslippe til omgivelsene gjennom utluftningshullet 6 i den øvre delen av kapslingen 2. Herved blir trykket av fluidet i det interne volumet 3 i kapslingen balansert mot det omgivende sjøvanns-trykket. Under virkningen av tyngdekraften vil ventilelementet 13 automatisk gå tilbake til stengt stilling i tettsluttende kontakt med ventilsetet 15 når trykket av fluid i det interne volumet 3 i kapslingen er kommet i balanse med det omgivende sjøvannstrykket. Når den undersjøiske innretningen 1 er blitt installert på en undersjøisk installasjon, vil fluidtrykket i det interne volumet 3 i kapslingen være stort sett lik trykket av det omgivende sjøvannet, og ventilelementet 13 vil, under påvirkning av tyngdekraften, forbli i stengt stilling og dermed forhindre fluidstrømning inn i eller ut av det interne volumet 3.

I den illustrerte utførelsen utgjør den undersjøiske innretningen 1 et varmelager for termisk isolering av ett eller flere elementer 7 av en undersjøisk installasjon. I dette tilfellet er det interne volumet 3 i kapslingen 2 innrettet til å inneholde et fluid som har kapasitet for varmelagring, for eksempel sjøvann, og nevnte element eller elementer 7 blir mottatt i nevnte interne volum 3 med fluidet som omgir elementet eller elementene, slik at fluidet kan tjene til å forsinke avkjøling av elementet eller elementene ved hjelp av varme som er lagret i fluidet. Kapslingen 2 består fortrinnsvis av termisk isolerende materiale og/eller utstyrt med lag av termisk isolerende materiale. Fluidet inne i kapslingen 2 er beregnet å bli oppvarmet av varme avgitt fra elementet eller elementene 7 under normal drift. Dersom varmen som er tilført elementet eller elementene 7 og dermed temperaturen av dette/disse skulle bli redusert av en eller annen årsak, vil varmen som er lagret i det innesluttede fluidet forsinke avkjølingen av elementet eller elementene 7 som skyldes omgivende kaldt sjøvann. Varmelageret kunne for eksempel være innrettet til å beskytte en undersjøisk installasjon eller en del av denne mot avkjøling, slik som for eksempel et rør, en rørseksjon, en rørforbindelse, en ventil eller en ventilseksjon i en undersjøisk olje- og/eller gassproduserende installasjon. Følgelig vil elementet mottatt i det interne volumet 3 i kapslingen for eksempel ut-gjøre en del av et undersjøisk røroppleggsystem for prosesser-ing eller transport av olje og/eller gass.

I det illustrerte eksempelet løper et element 7 i form av et rør gjennom det interne volumet 3 i kapslingen.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de utførelsene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot vil mange mulige modifikasjoner være åpenbare for en person med vanlig kjennskap til teknikken, uten at de avviker fra grunnideen for oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte patentkravene.

Claims (15)

1. Undersjøisk innretning som omfatter en ekstern kapsling (2), som omslutter et internt volum (3) inneholdende fluid, og en trykkutjevningsventil (10) for utjevning av fluidtrykket i nevnte volum (3),karakterisert ved: - at trykkutjevningsventilen (10) er forsynt med et ventillegeme (11) som omfatter: - en baseseksjon (12) som strekker seg gjennom en åpning (5) innrettet i kapslingen (2), idet baseseksjonen (12) er forflyttbart mottatt i denne åpningen (5); og - et ventilelement (13) festet til baseseksjonen (12) og innrettet inne i kapslingen (2), idet ventilelementet (13) strekker seg lateralt fra baseseksjonen (12) forbi omkretsen av nevnte åpning (5) i kapslingen; - at ventilelementet (13) møter et ventilsete (15) som omgir nevnte åpning (5) i kapslingen; og - at ventillegemet (11) er aksielt forflyttbart oppover under påvirkning av et eksternt fluidtrykk som virker på ventillegemet (11), fra en hvilestilling der ventilelementet (13) er i tettsluttende kontakt med ventilsetet (15) og derved forhindrer fluidstrømning inn i og ut av nevnte interne volum (3), til en hevet stilling der ventilelementet (13) er hevet fra ventilsetet (15) og derved tillater fluidstrømning fra omgivelsene inn i nevnte interne volum (3) for utjevning av fluidtrykket der inne når den undersjøiske innretningen (1) blir senket i sjøen, idet ventillegemet (11) er aksielt forflyttbart nedover under påvirkning av tyngdekraften, fra hevet stilling til hvilestilling.

2. Undersjøisk innretning i henhold til krav 1,karakterisertved - at baseseksjonen (12) omfatter et hulrom (25) som står i fluidkommunikasjon med omgivelsene gjennom én eller flere innløpsåpninger (26) plassert i en nedre del (12a) av baseseksjonen, idet hulrommet (25) har en eller flere sideveis utløpsåpninger (27) innrettet i baseseksjonen (12) i et nivå mellom nevnte nedre del (12a) og ventilelementet (13); og - at nevnte en eller flere sideveis utløpsåpninger (27) er innrettet i en slik høyde i baseseksjonen (12) at de befinner seg inne i kapslingen (2) når ventillegemet (11) er i hevet stilling, slik at fluid kan strømme fra omgivelsene inn i nevnte interne volum (3) gjennom hulrommet (25) og de sideveis åpningene (27) i baseseksjonen (12) når ventillegemet (11) er i hevet stilling.

3. Undersjøisk innretning i henhold til krav 2,karakterisertved at nevnte en eller flere sideveis utløpsåpninger (27) er innrettet i en slikt høyde i baseseksjonen (12) at de befinner seg utenfor kapslingen (2) når ventillegemet (11) er i hvilestilling.

4. Undersjøisk innretning i henhold til krav 2 eller 3,karakterisert vedat hulrommet (25) har en innløpsåpning (26) i form av en åpen nedre ende av baseseksjonen (12).

5. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat et lateralt utstikkende stopp-element (16), fortrinnsvis i form av en flens, er innrettet i nedre ende av baseseksjonen (12) for å begrense forflytningen av ventillegemet (11) i aksiell retning oppover.

6. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat baseseksjonen (12) er montert på nevnte åpning (5) i kapslingen (2) ved hjelp av et glidelager (14).

7. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat et tetningselement (17) som omgir nevnte åpning (5) i kapslingen (2) er innrettet mellom ventilelementet (13) og ventilsetet (15) når ventillegemet (11) er i hvilestilling.

8. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-7,karakterisert vedat en eller flere vekter (18) er montert på ventillegemet (11).

9. Undersjøisk innretning i henhold til krav 8,karakterisertved at respektive vekter (18) er innrettet med et aksielt gjennomgående hull (19) som samvirker med en vertikal monteringspinne (20) innrettet i øvre ende av ventillegemet (11), der monteringspinnen (20) blir innført i dette aksielt gjennomgående hullet (19) i vekten (18) når vekten er montert på ventillegemet (11).

10. Undersjøisk innretning i henhold til krav 9,karakterisertved at ventilelementet (13) er utstyrt med et aksielt gjennomgående hull (23) som samvirker med nevnte vertikale monteringspinne (20), idet monteringspinnen (20) blir innført i dette aksielt gjennomgående hullet (23) av ventilelementet (13) når ventilelementet er montert på baseseksjonen (12).

11. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat ventilelementet (13) og baseseksjonen (12) er av plastmateriale.

12. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-11,karakterisert vedat et utluftningshullet (6) er plassert i en øvre del av kapslingen (2) for å tillate utslipp av luft fra nevnte interne volum (3).

13. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-12,karakterisert vedat nevnte åpning (5) i kapslingen (2) er innrettet i en bunnvegg (4) i kapslingen.

14. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-13,karakterisert vedat ventilelementet (13) har form av en plate.

15. Undersjøisk innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-14,karakterisert vedat den undersjøiske innretningen (1) utgjør et varmelager for termisk isolering av ett eller flere elementer i en undersjøisk installasjon, idet nevnte interne volum (3) er innrettet til å romme et fluid som har varmelagringskapasitet, for eksempel sjøvann, der nevnte element eller elementer kommer inn i nevnte interne volum (3) med fluidet som omgir elementet eller elementene, slik at fluidet er i stand til å forsinke avkjøling av elementet eller elementene ved hjelp av varme som er lagret i fluidet.