NO343957B1 - Belastningsfordelende brønnhodetilkobling - Google Patents

Description

TEKNISK BAKGRUNN

[0001] I samsvar med visse utførelsesformer, angår foreliggende oppfinnelse tilkoplingsanordninger som er festet til flertannede profiler på undersjøiske brønnhoder, og mer spesielt tilkoplingsprofiler som bedre fordeler belastninger blant tennene for å styrke forbindelsen.

[0002] Koplingsanordninger blir brukt til å feste visse typer utstyr til brønnhodehus. Et vanlig eksempel tilveiebringer feste av utblåsningssikringsutstyr til et undersjøisk brønnhode. Legemer som rommer en utblåsningssikring er forbundet med et brønnhode. Tidligere konstruksjoner av en slik kopling omfattet et hovedsakelig C-formet klammer som ble tvunget til å bevege seg radialt for å omslutte et par atskilte flenser på brønnhodet og legeme til utblåsningssikringen. Et eksempel på denne ene kontaktflaten for denne type fjærende kopling er vist i US-patent 3,096,999. En annen form for inngrep benytter en rekke kontaktflater som utfører en lignende forbindelsesfunksjon som den ene overflaten, men belastningen blir nå fordelt på de flere overflatene som er tilgjengelige. Et vanlig eksempel på denne koplingstypen er Vetco H4-brønnhode. Koplingskonstruksjoner kan tidligere ha variert i forbindelse med aktiveringsteknikker eller størrelse og form av låsehaker, men én ting som de alle hadde felles, var at tannprofilen var utformet for å passe sammen med brønnhodeprofilen for størrelsen og avstanden til inngrepstennene. Noen eksempler på slike godt tilpassede koplingsprofiler til brønnhodeprofilene kan ses i DX-serier av tilkoplingsanordninger som leveres av Drill Quip, H-4-koplinger fra ABB Vetco Gray og lignende produkter fra Cameron. Disse produktene avspeiler en gruppe radialt bevegelige klemmer eller haker hvor den tannede profilen på klemmen er tilpasset brønnhodetannprofilen, og en vinklet ring dro profilene sammen for å kople et legeme til brønnhodet. GB 2368 375 vedrører en konnektor for tilkopling av et nedre rørformet element av en tilbakekopling til et øvre rørformet element av et undervanns brønnhode. Konnektoren omfatter en første hylse som har med seg det øvre elementet for aksial vekselvirkning i forhold til dette og utvidelse over det nedre elementet, og en andre hylse som også bæres av det øvre rørformede elementet for aksial utvidelse i den første hylsen. Hvert av de rørformede elementene har låsespor som er dannet rundt sine ender, og en normalt utvidet låsering vil rundt sine ender komme i inngrep med i sporene, samt ytre kamoverflater som bæres innenfor indre kamoverflater på de indre sidene av hylsene for radial bevegelse mellom en normalt utvidet lås-opp-posisjon og en sammentrukket låseposisjon når hylsene er aksialt utvekslet i motsatte retninger i forhold til hverandre. En fluidoperatør er dannet mellom de øvre delene av hylsene for å bevege dem i motsatte aksiale retninger.

[0003] Denne praksisen har pågått i årevis uten å erkjenne en begrensning ved slike speilbildeformede tannprofilkonstruksjoner i forbindelse med brønnhodetilkoplinger. Problemet som tidligere ikke er innsett og som tas hensyn til av foreliggende oppfinnelse, er at bruk av en speilbildetannprofil på låseklammeret resulterer i en ulik fordeling av påkjenning og kontaktkrefter på belastningsflatene, hvor belastningsflaten nærmest koplingslegemet på låseklemmen og brønnhodet bærer en utforholdsmessig stor andel av belastningene og kontaktkraften langs belastningsflaten. Dette skjer fordi at fra en felles referanselinje på den fjærende låseklemmen oppviser belastningsflaten nærmest referanselinjen den laveste forlengelsesandel og dermed bærer mer av påkjenningene enn belastningsflater progressivt lenger fra en felles og stasjonær referanselinje. Forlengelsen av klammeret og sammentrykning av brønnhodet gjør belastningene progressivt lavere for hver tannprofil lenger bort fra en felles referanselinje.

[0004] Foreliggende oppfinnelse, hvor utførelseseksempler er diskutert nedenfor, tilveiebringer forskjellige fordeler og letter foreskjellige bekymringer, slik som de ovennevnte problemene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0007] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav. I samsvar med visse utførelsesformer gir foreliggende oppfinnelse en forskjøvet kontaktutforming hvor kontakten først blir etablert ved den nedre enden av klemmen eller klammeret og på brønnhodet ved en posisjon lengst fra sikringslegemet. Når klemmen eller klammeret så blir energisert for å bevege seg radialt innover, kommer ytterligere belastningsflater i kontakt i en retning som nærmer seg koplingslegemet.

[0008] Som ytterligere utførelseseksempler, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en tilkoplingsanordning for feste til en flertannet profil på et brønnhode, hvor tilkoplingsanordningen oppviser en tannprofil som innledningsvis forskyver belastning begynnende ved en belastningsflate lengst fra sikringslegemet som sitter på brønnhodet, og beveger seg mot sikringslegemet. Den forskjøvne belastningen fordeler påkjenninger jevnere ved den forhåndsbelastede tilstanden på de sammenpassende belastningsflatene sammenlignet med resultatet av bruk av en tannprofil på tilkoplingsanordningen som nesten nøyaktig stemmer med profilen på brønnhodet. Sammenføyningen kan dermed håndtere høyere driftstrykk og ytre belastninger med redusert risiko for forbindelsessvikt. Det foregående er selvsagt bare eksempler på den foreliggende oppfinnelse og er ikke ment å begrense de vedføyde patentkrav til de beskrevne utførelsesformene.

[0009] Disse og andre trekk ved foreliggende oppfinnelse vil lettere kunne forstås av fagkyndige på området fra en oversikt av tegningene og beskrivelsen av utførelseseksempler som er gitt nedenfor. De vedføyde patentkravene indikerer til slutt det fullstendige omfang av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0010] Disse og andre trekk, aspekter og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått etter at den følgende detaljerte beskrivelse er lest under henvisning til de vedføyde tegningene hvor like henvisningsbetegnelser representerer like deler på tegningene, hvor:

[0011] Fig.1 er en tverrsnittsskisse av et eksempel på en tilkoplingsanordning i den fullstendig åpne posisjonen;

[0012] Fig.2 er skissen av tilkoplingsanordningen på fig.1 i lukket posisjon;

[0013] Fig.3 er skissen av tilkoplingsanordningen på fig.2 i en fullstendig forhåndsbelastet posisjon;

[0014] Fig.4 er et eksempel på en nærskisse av den innledende tannkontakten;

[0015] Fig.5 er skissen på fig.4 som viser starten av radial bevegelse av hylsen;

[0016] Fig.6 er skissen på fig.5 som illustrerer ytterligere radial hylsebevegelse;

[0017] Fig.7 er skissen på fig.6 med radial hylsebevegelse fullført; og

[0018] Fig.8 er en detaljskisse av et eksempel på en tilkoplingsanordningsenhet.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0019] Figurene 1-3 viser den grunnleggende strukturen til et utførelseseksempel i 3 posisjoner. Når legemet 10 blir senket ned på brønnhodet 12, støter drivstempelet 14 mot flaten 16 på legemet 10. Legemet 10 kan lette tilkopling av et antall komponenter til brønnhodet 12. Legemet 10 kan i virkeligheten lette tilkopling av et ventiltre for produksjon, en utblåsningssikring, boreverktøy blant forskjellige typer rørformede anordninger for oljefeltbruk, til brønnhodet. En avsmalning 18 på hylsesegmentene 19 er i inngrep med et utragende punkt 20 for å trekke de nedre tennene 22 bort fra de tilsvarende tennene 24 på brønnhodet 12. Dette gjør det mulig for legemet 10 å bli senket uten at vekten av dette blir understøttet på tennene 24. Toppen 26 av brønnhodet 12 har en form som i denne utførelsesformen stemmer overens med den nedre enden 28 av legemet 10 slik at når de går sammen, som vist på fig.2, kan grenseflaten mellom overflatene 26 og 28 forsegles ved hjelp av en tetning 20. Et stempel 14 befinner seg i huset 34 som definerer to kamre 36 og 38 som er isolert fra hverandre og forseglet for å motta hydraulisk trykk for å presse hylsen 19 mellom posisjonen på figurene 1-3. Avskrådde overflater 40 og 42 rir på hverandre når stempelet 14 beveger seg nedover for å tvinge hylsene 19 til å bevege seg radialt mot senterlinjen 44.

[0020] Relasjonen til delene og bevegelsene for å sikre legemet 10 til brønnhodet 12 er generelt som angitt i bakgrunnen for oppfinnelsen, ettersom oppfinnelsen tar for seg relasjonen mellom tennene 22 og 24. Fagkyndige på området vil vite at de fleste brønnhoder har et tannmønster 24 som er blitt en industristandard. Hylsetannmønsteret 22 danner dermed en relasjon til dette industristandardmønsteret 24.

Industristandardmønsteret 24 oppviser en rekke parallelle rygger 25, 27 og 29. Disse er generelt i en felles fast avstand som mellom tilstøtende rygger. Når dette er sagt, er utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse tenkt for å bli tilkoplet til en rekke profiler i brønnhoder 12 som er kommersielt tilgjengelige eller vil bli tilgjengelige, på en måte som bedre fordeler belastninger og kontaktkrefter sammenlignet med for tiden tilgjengelige tilkoplingsanordninger som fremhever et speilbilde av brønnhodemønsteret på hylsen som er i inngrep med dette. Referanse til tenner eller inngrepsflater er derfor ikke ment å være begrenset til spesielle eksisterende brønnhodemønstre. Slike referanser er i stedet relatert til utforminger av vekselvirkende multiple overflatesammenstillinger som er i inngrep med hverandre for å feste et legeme slik som en utblåsningssikring til et brønnhode.

[0021] Det vises nå til fig.4, hvor den innledende kontakten er ved overflaten 46 på flaten 48. Ved dette punktet er det fortrinnsvis gap 50, 52 og 54 som blir progressivt større etter hvert som de posisjoneres nærmere den øvre enden 56 av brønnhodet 12. Etter hvert som hylsen beveger seg radialt for å begynne å påføre forbelastning, illustrerer fig.5 at gapet 50 har forsvunnet mens gapene 52 og 54 fremdeles finnes. Radial bevegelse av hylsene 19 som er vist på fig.6, viser videre bare gapet 54 som er igjen. På fig.7 er endelige alle gapene forsvunnet ettersom den radiale bevegelsen av hylsene 19 er fullført. En grunn til at dette skjer, er at avstanden mellom tilstøtende rygger 31, 33, 35 og 37 på hylsene 19, ikke er uniform. I utførelseseksempelet avtar denne avstanden mellom tilstøtende rygger i en retning som går mot den øvre enden 56.

[0022] Det er variasjoner av mønsteret på figurene 4-5. Innledende kontakt kan f.eks. etterlate bare gapene 52 og 54 som så lukkes i serie i en retning mot den øvre enden 56. Alternativt kan bare gapet 54 være tilstede ved den innledende kontakten. For å skaffe belastningsfordeling som er mer utlignet mellom eller blant belastningsoverflatene, blir kontakten fortrinnsvis sekvensert i minst to trinn med det første som er en innledende kontaktposisjon og det neste er kontakt ved en annen belastningsoverflate som fortrinnsvis er atskilt fra den innledende kontaktposisjonen og den øvre enden 56 av brønnhodet 12.

[0023] Ved den belastningen som er vist på fig.4-7, når flatene 58 og 60 kommer i kontakt, har overflatene 46 og 48 allerede vært i kontakt og har hatt relativ glidebevegelse mellom seg. Når overflatene 62 og 64 begynner å komme i kontakt, har overflatene 58 og 60 øket spenningsnivået fra deres innledende kontakt, og flatene 46 og 48 har nå også større spenning enn da de innledningsvis ble brakt i kontakt, og når overflatene 58 og 60 kom i innledende kontakt. Dette mønsteret fortsetter etter hvert som overflatene 66 og 68 danner kontakt.

[0024] Sluttresultatet av denne sekvensielle kontakten er at spennings- og belastningsfordelingen på de sammenpassende tannprofilene 22 og 24 blir mer balansert fra topp til bunn i stedet for å være mest konsentrert mot den øvre enden 56 av brønnhodet 12. De tidligere utformingene som omfatter symmetriske tannmønstre for hylsene og brønnhodet, belastet de øvre tennene i profilen betydelig mer enn tennene nærmere hylsens nedre ende, hvor f.eks. flatene 46 og 48 befinner seg. Ved å forskyve kontakten i et mønster ved å bruke et antall par med kontaktflater fra den nedre til den øvre retningen, hvor den resulterende spenningsfordelingen blir jevnere, noe som forbedrer forbelastningen og øker integriteten til forbindelsen ved høyere belastningsforhold.

[0025] Det vises nå til fig.8, idet denne figuren illustrerer på en detaljert måte en skisse av et eksempel på en hylse 19 i relasjon til f.eks. et brønnholde 12 som den er festet til. Som vist er de sammenpassende tennene 24 på brønnhodet 12 i inngrep med tennene 22 på tilkoplingsanordningen 19. Tennene 22 på tilkoplingsanordningen omfatter en nedre tann 31, en nedre mellomliggende tann 33, en øvre mellomliggende tann 35 og en øvre tann 37. Antallet tenner kan økes eller minskes etter behov. Selv om den nedre tannen 31 er illustrert som innledende kontakt med brønnhodet, kan dessuten tannen for innledende kontakt være én av de andre tennene, f.eks. avhengig av mekanikken til systemet. Den nedre mellomliggende tannen 33 kan f.eks. være tannen for innledende kontakt.

[0026] Med hensyn til disse eksemplene på tenner og innbefattende et hvert hellende forhold som kan være tilstede med hensyn til disse tennene, er visse profilkarakteristikker tilstede. Avstanden fra et gitt punkt på en rygg for en tann til et tilsvarende punkt på en rygg for den samme helningspolariteten på en tilstøtende tann, avtar f.eks. når man beveger seg fra en nedre tann til en øvre tann. I den illustrerte utførelsesformen er f.eks. den avstanden som representeres av "Y" større enn den avstanden som representeres av "Z", og avstanden representert av "Z" er større enn avstanden representert ved "A". Som en annen karakteristikk er den mellomliggende nedre tannen 33 tykkere (avstanden "F": avstanden fra et punkt på en rygg til tilsvarende punkt på den motstående ryggen på den samme tannen) enn den øvre mellomliggende tannen 35 (avstand "E"). Den øvre mellomliggende tannen 35 er videre tykkere enn den øvre tannen 37 (avstand "D").

[0027] Som et resultat av det arrangementet som er presentert på denne figuren, er gapet som representeres av "J" større enn det som representeres av "K", og gapet representert ved "K" er større enn "L". Omvendt er den avstanden som representeres ved "X" konstant. Et arrangement som dette, men bare som et eksempel, sørger fortrinnsvis for forskjøvet inngrep som diskutert ovenfor.

[0028] Beskrivelsen ovenfor er illustrerende for utførelseseksemplene, og mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis ramme er definert av de etterfølgende patentkrav. Den ovennevnte beskrivelse er igjen illustrerende for utførelseseksempler, og mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis omfang er definert av de etterfølgende patentkrav.

Claims (8)

PATENTKRAV

1. Tilkopling mellom et legeme (10) og et brønnhode (12),

hvor brønnhodet (12) omfatter et flertall av utad orienterte inngrepsflater (24), og legemet (10) understøtter et hus (34), og

hvor tilkoplingen omfatter:

et stempel (14) bevegelig montert til huset (34); og

minst én hylse (19) som er bevegelig radialt av stempelet (14), hvor hylsen (19) videre omfatter et flertall av innad orienterte inngrepsflater (22) innrettet for sekvensielt inngrep med flertallet av utad orienterte inngrepsflatene (24) til brønnhodet (12), idet flertallet av innad orienterte inngrepsflater (22) til hylsen (19) er anordnet på en slik måte at, etter hvert som stempelet (14) beveger hylsen (19) mot brønnhodet (12), vil hver innad orientert inngrepsflate (22) til hylsen (19) komme vekselvis i inngrep med en tilsvarende utad orientert inngrepsflate (24) til brønnhodet (12) for å forbinde legemet (10) med brønnhodet (12).

2. Tilkopling ifølge krav 1, hvor:

hylsen (19) omfatter en legemeende og en brønnhodeende, og det sekvensielle inngrepet mellom de innad og utad orienterte inngrepsflatene (22, 24) skrider frem fra brønnhodeenden mot legemeenden.

3. Tilkopling ifølge krav 2, hvor:

de utad orienterte inngrepsflatene (24) er innrettet hovedsakelig parallelt med hverandre for å definere en rekke rygger (25, 27, 29) med en første avstand; og de innad orienterte inngrepsflatene (22) er innrettet hovedsakelig parallelt med hverandre for å definere en rekke rygger (31, 33, 35, 37) med en mindre avstand enn den første avstanden.

4. Tilkopling ifølge krav 3, hvor:

avstanden mellom forskjellige par med innad orienterte rygger (31, 33, 35, 37) som går i en retning fra brønnhodet (12) til legemet (10), blir progressivt mindre.

5. Tilkopling ifølge krav 2, hvor:

mer enn ett enkelt par med innad og utad orienterte inngrepsflater danner innledende kontakt etter hvert som hylsen (19) blir beveget mot brønnhodet (12).

6. Tilkopling ifølge krav 4, hvor:

avstanden mellom legemeenden og brønnhodeenden av hylsen (19) øker etter hvert som ytterligere par med innad og utad orienterte inngrepsflater blir brakt sammen.

7. Fremgangsmåte for å sammenføye et legeme (10) med et brønnhode (12), omfattende følgende trinn:

å understøtte legemet (10) på brønnhodet (12);

å bringe legemet (10) i inngrep med brønnhodet (12) ved fremføring av en hylse (19) som omfatter et flertall av innad orienterte inngrepsflater (22) konfigurert til sekvensielt å komme i inngrep med et flertall av utad orienterte inngrepsflater (24) til brønnhodet (12), hvor flertallet av innad orienterte inngrepsflater (22) til hylsen (19) er anordnet på en slik måte at, mens hylsen (19) beveger seg mot brønnhodet (12), vil hver innad orientert inngrepsflate (22) til hylsen (19) komme vekselvis i inngrep med en tilsvarende utad orientert inngrepsflate (24) til brønnhodet (12) for å forbinde legemet (10) med brønnhodet (12).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, omfattende:

å la retningen for sekvensielt inngrep gå fra brønnhodet (12) mot legemet (10).