NO780293L - Koplingsanordning for en produksjonsledning - Google Patents

Description

Ved undersjøiske brønninstal.las joner bringes enden

på en produksjonsledning aksielt på linje med en annen produksjonsledning eller et fluidførende rør for sammenkopling av slike ledninger, samt for å danne-en fluidtett kopling. Ved noen installa-sjoner er den ene eller begge fluidførende ledninger aksielt bevegelig i forhold til den andre slik at ledningsendene kan bringes nær inntil hverandre og sammenkoples og tilveiebringe en fluidtett forbindelse ved koplingen. Under visse undervannsforhold er det ofte vanskelig å bevege en produksjonsledning som ligger på sjø-bunnen, i en. aksial retning for å bringe dens koplingsende nær kop-lingsenden til en ledning til hvilken den skai sammenkoples, på

grunn av produksjonsledningens vekt, eventuell nedsynking, av produks jonsledningen i sjøbunnen, eller friksjonsmotstand mellom produksjonsledningen og sjøbunnen. Ved undersjøiske stasjoner er det ofte vanskelig å posisjonere fluidførende ledninger .ende mot ende med nøyaktig aksial innretting. Skjev innretting kan hindre riktig kopling og fluidtett forbindelse ved koplingen. •Tidligere foreslåtte koplingsinnretninger for fluid-førende ledninger er blitt påvirket av fluidtrykk og man har vært avhengig av fluidtrykket for å opprettholde den tette forbindelse i koplingen. Dersom fluidtrykket ikke ble bibeholdt eller, dersom der var delvis.svikt i det ønskede fluidtrykk, kunne koplingsinnretningen lekke ved tetningsflåtene. Lekkasje av produksjons-eller hydrokarbonfluider i sjøvannet er uønsket, ikke bare på grunn, av tap av produksjonsfluid, men også på grunn av den foru-rensning slik lekkasje medfører.

En produksjonslednings-rørende forsynt med et roter-bart koplingselement ble beveget sideveis til en understøttelse og. deretter er mekaniske girorganer blitt forbundet med elementet for å bevege det roterbare koplingselement aksielt til tetningsanlegg mot en overflate på.et brønnhode. Se US patenter 3 502 354 og 3 59 3 408.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en produksjonslednings-koplingsinnretning som omfatter en ny fluidtrykkpåvirket låse- og tetningsinnretning og en mekanisk støttelås. for å opprettholde en slik tetning dersom fluidtrykket skulle minske eller falle bort.

Et formål ved foreliggende.oppfinnelse er å tilveiebringe en koplingsinnretning for en produksjonsledning, hvor en fluidpåvirket innretning tvinger tetningsflater i fluidtett forbindelse og påvirker låseorganer for å opprettholde eh slik tett forbindelse.

Et annet formål ved oppfinnelsen er a tilveiebringe en koplingsinnretning for en produksjonsledning som nevnt ovenfor hvor, etter at fluidpåvirkningsinnretningen har låst tetningsflåtene i fluidtett forbindelse/en mekanisk låseinnretning kan påvirkes til å opprettholde en slik tett forbindelse.

Et ytterligere formål ved foreliggende oppfinnelse, er å tilveiebringe en produksjonsledningskopling hvor sideveis relative bevegelser mellom motsvarende koplingsorganer og minimal

relativ.aksialbevegelse av koplingsorganene tilveiebringes for å oppnå en fluidtett forbindelse.

Enda et formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en produksjonsledningskopling hvor tetningsflater holdes i fluidtett forbindelse ved hjelp av hydraulisk trykkpåvirkede låseorganer og ved hjelp av mekaniske låseorganer.

Et ytterligere formål ved foreliggende oppfinnelse er å vise en produks jonsledningskopling hvor anordningen av koplingselementene og deres tetningsflater sikrer en fluidtett forbindelse når koplingselementene er i trykklåst tilstand.

I hovedsaken omfatter denne oppfinnelse et første koplingsorgan som er innrettet til å festes til enden av en produks jonsledning, hvilket koplingsorgan har en tetningsflate, et andre koplingsorgan som er innrettet til å festes til en undersjø-isk . installasjon, hvilket andre koplingsorgan, har en tetningsflate, organer på koplingsorganene for sammenkopling av disse ved bevegelse av et koplingsorgan i sideretningen for å bringe tetnings-flatene i sidestilling og nevnte koplingsorganer i aksiell innret- ' ting, en fluidpåvirket stempel- og sylinderinnretning på ett av

koplingsorganene for å bevege en av tetningsflåtene til trykktett. inngrep med den andre tetningsf .late, og en mekanisk låsinnretning

på ett av koplingsorganene for å opprettholde en. slik trykktett forbindelse dersom trykket i fluidpåvirkningsorganene skulle svikte.

Forskjellige andre formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse av tegnin-gen, hvor et eksempel på en utføringsform av oppfinnelsen er vist.. Figur 1 er et utsnitt av et perspektivriss av én koplingsinnretning ifølge oppfinnelsen, og viser et koplingsorgan som er festet, til en undersjøisk stasjon samt en del av enden av et koplingsorgan som er anordnet på enden av en produksjonsledning, idet sistnevnte koplingsorgan er adskilt fra koplingsorganet på den undersjøiske stasjon. Figur 2 er et lengdesnitt i større målestokk•av kop-, lingsinnretningen på fig. 1, og viser koplingsinnretningen med produksjonsledningens koplingsorgan og koplingsorganet på den un-dersjøiske stasjon i låst og tettende forbindelse... Figur 3 er et utsnitt av et lengdesnitt av låseinnretningen vist i fig. 2, og viser påvirkning av fluidlåseinnret-ningen mot en ulåst stilling. Figur 4 er et lengdesnitt lik fig. 3 og viser fluid-låseinnretningen i ulåst stilling. Figur 5 er et utsnitt av et lengdesnitt av låseinn-.retningen vist i.fig. 2, idet låseinnretningen er vist både i hydraulisk ulåst stilling og mekanisk ulåst stilling. Figur 6 er et tverrsnitt sett.i planet antydet ved lånjen VI-VI på fig. 2, og viser den mekaniske lås 1 låst stilling, idet det trykkfluidførende rør på fig. 2 er utelatt for klarhetens skyld.

På fig. 1 er vist en produksjonslednings-koplingsinnretning generelt angitt ved 10, som innbefatter et produksjonslednings-koplingsorgan 11 og et annet koplingsorgan 12 som er innrettet til å festes på en undersjøisk installasjon på hensiktsmessig måte. Bare en del av produksjonsledningens koplingsorgan 11 er vist, idet- det skal forstås at koplingsorganet 11 er festet til enden av en produksjonsledning som kan være lagt langs en sjø-bunn og' strekke seg fra en undersjøisk brønninstallasjon til en undersjøisk stasjon som bærer koplingsorganet 12. I dette eksempel er den undersjøiske stasjon generelt angitt ved 14, idet bare en del av denne er vist, nemlig et par oppadstående styrestplper

15 som kan.være festet til rammekonstruksjonen til en undersjø-isk stasjon, som f.eks. vist i samtidig søknad nr. . tilhørende.. samme søker. Koplingsorganet 12 er beliggende ved den ene ende av nevnte undersjøiske stasjon og utgjør en forbindelse mellom fluidførende ledninger anordnet på stasjonen og produksjonsledningen som er utstyrt med koplingsorganet 11.

Koplingsorganet 12 kan være fast festet og under-støttet' i stort sett horisontal stilling ved hjelp av sideveis utragende armer 16 som ved sine ender bærer sylindriske koplings-hylser 17 som opptar styrestolperie 15 for stiv opplagring og posisjonering av koplingsorganet 12 på den undersjøiske.stasjon 14 .

Produksjonsledningens koplingsorgan 11 innbefatter et sylindrisk element 20 med et innsnevret halsparti 21 som avgrenser et hodeparti 22 som danner et ringformet inngrepsspor 23. Hodepartiet 22 har en utover i aksialrétningen utvidet tetningsflate 24.

Koplingsorganet 12 innbefatter en sylindrisk koplingsdel 30 som i sin ene ende har organer for sideveis opptakelse av hodepartiet 22 .på koplingsorganet 11. Slike opptaksorganer innbefatter et gaffelparti 31 i koplingsdelens 30 ene ende omfattende en radial slisse 32 som fører til en delvis sylindrisk utsparing 33. Produksjonsledningens koplingsorgan 11 kan'beveges sideveis

i forhold til sin akse samt aksen til koplingsdelen 30 med det ringformede spor 23 og innsnevrede parti 21 opptatt, i slissen 32 og hodepartiet 22 opptatt i den delvis sylindriske utsparing 33. Som angitt i fig. 2., 3, 4 og 5 er gaffelpartiet 31 -og hodepartiet 22 og sporet 23 trangt opptatt i gaffelpartiet, og relativ aksial

bevegelse mellom koplingsorganene 11 og 12 er forhindret.. Koplingsorganet 11 kan være vertikalt understøttet i.gaffelpartiet 31 ved hjelp av hensiktsmessige organer som ikke er vist, idet slike organer innbefatter et bæreelement anordnet på den under-sjøiske stasjon 14.

Koplingsorganet 12 innbefatter en sylindrisk kop- . lingsdel 30 med enden noe overhengende gaffelpartiet 31 og er forsynt med et langstrakt kammerorgan, generelt angitt ved 35, i hvilket opptas en aksielt bevegelig dor 36 og et fluidpåvirket låseorgan 37. Doren 36 er utformet med en gjennomløpende boring

39 med samme strømningsareal som boringen 4 0 i koplingsorganet

11. Doren 36 er anordnet i skyvbar forseglet forbindelse med kam- merpartiet 42 ved enden av tilstøtende utsparing 33, idet doren også har skyvbar forseglet, forbindelse ved 4 3 med. et -endestykke' 44 for koplingsdelen. Doren 36 ;strekker seg- utenfor endestykket

44 og kan være utformet med. et ringformet spor 45 som avgrenser

et låsehode 46 for.hensiktsmessig forbindelse med et fluidførende rør på den undersjøiske installasjon.

Mellom- endestykket 44 og det sylindriske kammerparti 42 opptar kammerorganet 35- låseorganet 37 som innbefatter et låsehylseelement 48, et låsestempelelement 49, låsetapper 50 som bæres ' av låsehylseelementet 48. Låsehylseelementet 48 bærer i sin. ene ende en ringformet fjærholder 52 som er festet i enden av elementet 48 ved hjelp av en passende låseskive 53. Fjærholderen 52 danner et sete ved 54' for den ene ende av en skruef jær 55 som er tredd over doren 36 og hvis motsatte ende 56 ligger an mot en ut-spart brystning '57 utformet i.låsestempelelementet 49.•

Bevegelse av doren 36 fra dens ikke-fdrseglede og ulåste stilling som vist i fig. 5 til dens forseglede og låste stilling som vist i fig. 2, innbefatter innføring av hydraulikk-trykkfluid'fra en trykkfluidkilde, ikke vist, gjennom en fluid-førende ledning 6 0<p>g kanal 61 anordnet i endestykket 4 4 til-kammerorganet 35. Trykkfluid ved motsatt ende av kammeret 35 av-lastes, gjennom en-kanal 62 og fluidførende ledning 63. Trykkfluid innført gjennom kanalen 61 beveger låsehylseelementet 48 mot motsatte ende av koplingsdelen 30 inntil en skrå anleggsflate 65'ligger.an mot én motsvarende anleggsflate 66 utformet på den innvendige overflate til koplingsdelen 30. Videre letter avlasting av trykkfluid gjennom kanalen 62 bevegelsen til låsestemplet 49 mot nevnte motsatte ende av koplingsdelen på grunn av forskjel-len i hydraulisk trykk som virker på enden av stemplet 4 9 og på grunn av den mekaniske virkning fra den sammentrykkede skruefjær 55. Låsestempelelementet -49 beveges aksielt inntil dets skråflate 67 ligger an mot en motsvarende skråflate 68 utformet på den innvendige overflate til låsehylseelementet 48. Fig. 2 viser

stillingen til låsehylseelementet 48 og låsestempelet 49 i deres aksielt forskjøvede låsestillinger.

I en slik låsestilling skal det bemerkes at stempel-elementéts 49 innsnevrede endeparti 70 mot hvilket låsetappene 50'hviler i ulåst stilling har nå, sammen med fremre ende av låsehylseelementet, beveget låsetappene aksielt inntil de ligger motsatt .låsetappsporet 71 utformet i koplingsdelen' 30.. Under denne bevegelse'tvinges låsetappene 50 også radielt utover på grunn av en kamflate 72 utformet på låsehylseelementet nær det innsnev-

rede endeparti 70. Det skal bemerkes at låsetappene 50 bæres i låsetappåpninger 73 utformet i låsehylseelementet 48. I en slik låst stilling av låseinnretningen 37, skal det også bemerkes at. det innsnevrede endeparti 70 til låsestemplet har beveget seg mellom endepar.tiet 74 på låsehylseelementet slik at både låsehylseelementet 48 og stempelelementet 4 9 positivt innstiller og fastholder låsetappene 50 i låseinngrep med låsetappsporene 71 i koplingsdelen 30.

Låsestempelelementet er forsynt med passende tet-ningsorganer 77 og 7.8 for skyvbart tettende inngrep med den innvendige overflate i låsehylseelementet'48 og med den. utvendige overflate på doren 36.

Doren 36 beveges under en slik låseoperasjon ved

hjelp av en delt holderring 80 som er anordnet i et ringformet . spor 81 i doren 36 og festet ved hjelp av en passende ring 82 som er festet til den delte holderring ved hjelp av passende skruer 83. I låst stilling holdes en Belleville-f jær 84 sammentrykke.t mellom holderringen 80 og endeflaten til låsehylseelementet 48.

Når således låsetappene 50 er fastlåst i sporene 71 som vist-i fig. 2, tvinger Belleville-fjæren 84 doren 36 mot produksjonsledningens koplingsorgan 11 som fastholdes mot aksial bevegelse ved hjelp'av gaffelpartiet 31. Dorens 36 endeparti 36 er utformet.med eh utadvendt konisk tetningsflate 87 for tettende forbindelse med en pakning 88 av hensiktsmessig sammentrykkbart pakningsmateriale som fastholdes i enden 86 ved hjelp av en holderring 89 som bæres i et ringformet spor i tetningsflaten 87. Når således doren 36 . beveges aksiel-t til tettende forbindelse med te.tningsflåtene 24

på produksjonsledningens koplingsorgan 11, vil pakningen 88 bli sammentrykket mellom nevnte tetningsflater 87 og 24 slik at det dannes, en fluidtett forbindelse. Som det fremgår av fig. 2, et-

ter at trykkfluid har påvirket koplingsorganene til låst stilling, vil Belleville-fjæren .84 utøve et f jærtrykk mot doren slik at tet-ningsinngrepet opprettholdes uavhengig av trykkfluidet. Med andre ord, såsnart koplingsorganene er i'låst,stilling ved bruk av trykkfluid, er det ikke lenger nødvendig med trykkfluid for å opprettholde slik låst stilling, og låstappene holdes i. låsetappsporene under fjærtrykk.

Organer er også anordnet for mekanisk låsing av do ren 36 i . fluidtett. forbindelse med f luidko.plingsorganet 11, i tillegg til det hydrauliske trykkfluid som virker på låsehylseelementet 48 og stemplet 49. Det skal forstås at dersom fluidtrykket i ledningen 6 0 skulle svikte kan dorendens 86 tetnings-forbindelse tillate lekkasje ved slike tetningsflater. Når låseinnretningen er i låst stilling og tetningsf låtene i fluidtett forbindelse, plasseres mekaniske låseorganer som generelt er angitt ved 90 i dorlåsende stilling ved hjelp av en dykker, dersom vanndybden tillater dette, eller ved hjelp av et undervannsfar-tøy.eller en robot. De mekaniske låseorganer 90 omfatter et ringformet spor 91 i doren 36 ved endestykket 44. Endestykket 44 bærer en låsering 92 som er delt, fig. 6, og er mindre enn 360°. Diametralt motstående låsering-settskruer 9 3 er innskrudd i endestykket 44. Skruenes .93 indre ender ligger an mot bueformede par-tier på låseringen 92 som ved 94. Idet skruene 9.3 tiltrekkes og skrues radielt innover bevirker skrueendene at låseringen 92 bøyes inn i utsparingen 91 på doren og danner en mekanisk lås med doren som hindrer-at denne beveges aksielt i forhold til koplingsdelen 30. De mekaniske låseorganer 90 vil således opprettholde den fluidtette forbindelse mellom tetningsflåtene 87 og 24 i forhold til pakningen 88.

Utløsing av låseinnretningen 37 for' å adskille tet-ningsflatehe til doren 36 og produksjonsledningens koplingsorgan 11 er best vist i. fig. 3 og 4.-I hver figur er dé manuelle låseorganer 9.0 vist i ulåst stilling, idet låseskruene 93 er løsnet slik at den delte låseringen 92 kan utvides og beveges.ut av ringsporet 91. Låseinnretningen 37 påvirkes til ulåst stilling ved avlasting av trykkfluid fra trykkledningen 60 og ved innføring av' trykkfluid gjennom fluidledningen 6 3 til fremre ende av kammerorganet 35. Trykkfluid i kammerorganet 35 ved Belleville-fjæren 84 virker først på låsestemplet 49 slik at stemplet beveges bakover til sammentrykking av fjæren 55. Slik bevegelse av låsestem-pl.et 49 beveger kamflaten 72 bort fra dens understøttende stilling under låsetappen 50 og fører det innsnevrede endeparti 70 inn under tappen 50. Fluidtrykk som virker på de radielt utadvendte overflater på låsetappen bringer låsetappen til å bevege seg radielt inri6ver for anlegg på den innsnevrede ende 70. Idet fluidtrykk fortsetter å virke både på låsestemplet 4 9 og låsehylseelementet 48, tvinges begge bakover inntil de ligger an mot endestykket 44. I denne stilling er låsetappene 50 fullt.tilbaketruk-- ket og holdes mellom endepartiet 70 og den motstående innvendige overflate på koplingsdelen 30. I den ulåste stilling vist.i fig.

4 .skal det bemerkes at. Belleville-f jæren 84 har ekspandert og at

dens ene ende ligger an mot og fastholdes mot brystningen 96 på doren 36.. Doren 36 beveges deretter aksielt eller tilbaketrek-kes på grunn av fluidtrykk som virker mot holderne 80, 82 inntil den når stillingen vist i fig. 5 hvor pakningen 88 trekkes, bort fra hodet 22 på produksjonsledningens koplingsorgan 11. Produksjonsledningens koplingsorgan 11 kan deretter falle nedover for å frigjøres fra gaffelpartiet 31.

Fordelene ved den ovenfor beskrevne produksjonslednings-koplingsinnretning er lett å forstå.. For det første kan man opprette en kopling for en produksjonsledning ved sideveis relativ bevegelse av motsvarende koplingsorganer ved minimal aksialbeve-gelse, nemlig den avstand doren 36 beveges mellom låst. og tettende stilling og ulåst ikke-tettende stilling. Ved undersjøiske brønn-operasjoner, er slike tverrkoplinger fordelaktige fordi relativ

bevegelse av en produksjonsledning i lengderetningen i forhold til et motsvarende koplingsorgan ofte er vanskelig, det kreves spesielt utstyr, og i visse tilfeller kan det være nærmest umulig å bevege en slik produksjonsledning i lengderetningen.

For det annet opprettes en slik kopling under hydraulisk, trykk og mens koplingsorganene er i låst tilstand påvirkes en mekanisk låseinnretning slik at dersom svikt skulle oppstå, i fluidtrykket som virker for å opprettholde den tette forbindelse, vil den mekaniske lås opprettholde den tette forbindelse. Ved un-dersjøiske operasjoner får man således en vedvarende pålitelig fluidtett forbindelse mellom koplingsdelene inntil den manuelle lås løses ut.

For det tredje vil det trange inngrep mellom over-flatene på gaffelpartiet 31 og halspartiet 21 til produksjons-ledriings-koplingsorganet, sammen med de sidestilte utadvendte koniske tetningsflater 24 og 87 med den mellomliggende pakning 88 med generelt trekantet tverrsnitt, sikre en fluidtett forbindelse når koplingsinnretningen er i trykklåst stilling..

Det skal forståes at forskjellige modifikasjoner og endringer kan utføres i den ovenfor beskrevne koplingsanordning for en produksjonsledning, uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (9)

1. Koplingsanordning for en produksjonsledning hvor et koplingsorgan er i sideveis inngrep og en tetning er anordnet mellom koplingsorganer i en aksiell forbindelse,karakterisert vedkombinasjonen av følgende trekk: et første koplingsorgan innrettet til å festes til enden av produksjonsledningen, hvilket koplingsorgan har en tetningsflate, et andre, koplingsorgan innrettet til a festes til en undersjøisk installasjon, hvilket andre koplingsorgan har en tetningsflate, organer på koplingsorganene for innbyrdes inngrep mellom koplingsor- ' ganene ved bevegelse av det ene koplingsorgan i en sideretning for å bringe tetningsflåtene i sidestilling'og koplingsorganene aksielt på linje med hverandre, samt fluidpåvirkede stempel- og sylinderorganer på ett av koplingsorganene for å bevege én av tetningsflåtene til trykktett inngrep med■den andre tetningsflate.

2. Koplingsanordning ifølge krav.1,karakterisert vedorganer på det fluidpåvirkede stempelorgan for å låo se det første og andre 1 koplingsorgan med nevnte tetn■ingsflater i trykktett forbindelse.

3. Koplingsanordning ifølge krav 1,karakterisert vedorganer på ett av koplingsorganene for mekanisk låsing av nevnte første og andre koplingsorganer i tett forbindelse

4. Koplingsanordning ifølge krav 3,karakterisert vedat de mekaniske låseorganer innbefatter en sam- mentrekkbar låsering på et av koplingsorganene, samt organer for å fastholde låseringen i sammentrukket stilling.

5. Koplingsanordning ifølge krav 1,karakterisert vedat den innbefatter et av koplingsorganene inn-befattende en koplingsdel festet til den undersjøiske installasjon, og en. dor som bæres av koplingsdelen og kan beveges i forhold til denne for å føre nevnte tetningsflater til tettende forbindelse med den andre tetningsflate.

6. Koplingsanordning ifølge krav 5,karakterisertvéd at doren innbefatter et ringformet spor, og en. mekanisk påvirkbar låsering på koplingsdelen for låseinngrep med sporet på doren for å holde doren mot aksiell bevegelse.

7. Koplingsanordning ifølge krav 1, ka r a.k' t-e - ri s er t ved at organene for å bevege den ene av tetnings flåtene mot den andre tetningsflåte innbefatter.en koplingsdel på ett av koplingsorganene., et låsehylseelement i koplingsdelen, et låsestempel. i låsehylseelementet, en låsetapp som bæres av låsehylseelementet og kan beveges radielt utover ved hjelp av låsestemplet, idet koplingsdelen har et låsetappspor for opptagelse av låsetappen, en dor som kan beveges aksielt i forhold til koplingsdelen, et fjærorgan som trykker mot doren og låsehylseelementet for å opprettholde tett forbindelse mellom tetningsf låtene....

8. Koplingsanordning for eri produksjonsledning innrettet til å bære et koplingselement for sideveis inngrep med et koplingsorgan på en undersjøisk stasjon,karakterisert vedkombinasjonen av følgende trekk:, koplingsorganet innbefatter en langstrakt koplingsdel med et aksielt utstrakt kammer, en dor som kan-beveges . i kammeret og har tetningsflater . i sin ene ende, et låseorgan mellom doren og koplingsdelen for hydraulisk låsing av doren i én stilling, koplingselementet ■ på . produksjonsledningen har en tetningsflate for inngrep med tetningsflaten på doren, og organer på koplingsdelen for sideveis opptagelse av koplingselementet på enden av produksjonsledningen for plassering av tetningsflaten på koplingselementet for tettende forbindelse med tetningsflaten på doren.

9. Koplingsanordning ifølge krav 8,karakterisert vedat den innbefatter mekanisk påvirkbare låseorganer for å låse .doren i nevnte'ene stilling for å holde tetningsflåtene i trykktett inngrep.