NO812321L - Fleksibel skjoet til forbindelse av to ledninger. - Google Patents

Abstract

En skjøt til å forbinde to ledninger setter seg sammen av et skålformet stykke (1) som kan forbindes med den første ledning, et rørformet stykke (3) som kan forbindes med den annen ledning, og som er koaksialt med det skålformede stykke og delvis anordnet i dets indre, samt to sfæriske, fleksible ringer (5, 6) anbragt mellom det skålformede og det rørformede stykke. Disse to sfæriske, fleksible \ ringer er boltet sammen og plassert på hver sin. -side av svingesenteret (0) med sine konkave fla-. ter vendende mot dette og konsentriske med det.yf

Description

Oppfinnelsen angår en fleksibel skjøt som tjener til å forbinde to ledninger og omfatter et skålformet stykke som er forbundet med den ene ledning, et rørformet stykke som er forbundet med den annen ledning og er koaksialt med det skålformede stykke og delvis plassert i det indre av dette, samt to fleksible, sfæriske ringer som er anbragt mellom det skålformede og det rørformede stykke.

Ved oljeboring til havs blir stigerøret, den såkalte "riser" anbragt mellom boreriggen på vannoverflaten og sikrings-sperreblokken på brønnene. I stigerøret forløper borstrengen mens boreslammet stiger opp gjennom det., Stigerøret må derfor ha tilstrekkelig stor diameter til å tillate gjennomføring av boret og de forskjellige øvrige innretninger som.benyttes for boringen, og ha tilstrekkelig tykkelse til å utholde de opptredende trykk- som kan gå opp i flere hundre bar. Disse krav fø-rer til anvendelsen av et meget stivt rør. Når boringen utfø-res fra en flytende plattform eller et fartøy, undergår disse stillingsvariasjoner som til stadighet må kompenseres,og stigerøret må derfor følge med i disse forskyvninger uten å bli utsatt for betydelige påkjenninger. Boreplattformens vertikale bevegelse kompenseres med en opphengning som holder stigerøret under strekk for å unngå enhver fare for knekk. Horisontalbe-vegelsene av den flytende konstruksjon tar med seg røretj som svinger innen et konisk volum, hvis kjeglevinkel avhen-

ger av nøyaktigheten av posisjoneringen. I alminnelighet blir røret nedentil forsynt med en fleksibel skjøt som tillater det å svinge og utholder den strekkraft som utvikles av opphenget.

Bruken ..av bevegelige plattformer og av svingende bore-fartøyer og plattformer har gjort det mulig å fastslå at der selv ved anvendelse av et oppheng for stigerøret inntrer trykk-krefter som virker på den fleksible skjøt og forårsaker forhas-tet, svikt av dens funksjon.

Der har vært forsøkt tallrike utførelser for å løse de mangfoldige og ofte motstridende problemer som melder seg ved bruk av fleksible skjøter.

Således beskriver fransk patentskrift 2 389 063 en fleksibel skjøtanordning som innbefatter et system til å fordele forskjellen mellom utvendig og innvendig trykk, hvorav det inn vendige er omtrent det dobbelte av det utvendige. Denne skjøt omfatter et skålformet stykke forbundet med den nedre ledning og et rørformet stykke forbundet med den øvre ledning. Dette stykke er anordnet koaksialt med, og delvis innragende i skålen, hvor det holdes av et dobbelt system av fleksible, sfæriske ringer. Ringene utgjøres av et elastisk legeme innsatt mellom et innvendig og et utvendig endestykke hvis sfæriske profiler følger sirkelbuer med samme sentrum eller med sentrene forskutt langs den geometriske akse. De elastiske legemer ut-gjøres av skiftende lag av elastomer og et ikketøyelig materi-ale og med konstant eller avtagende tykkelse av lagene. Ringenes konkave partier er plassert på samme side i forhold til skjøtens rotasjonssentrum. Den ene av ringene er festet mellom en flens som lukker åpningen i det skålformede stykke, og det rørformede stykke og blir påkjent på trykk som reaksjon på strekk-kreftene, mens den annen ring, som er festet -mellom det rørfor-mede stykke og bunnen av det skålformede stykke, likeledes arbei-der på trykk som reaksjon på trykkreftene, men har til hovedfunk-sjon å sikre tetning mellom skjøtens innside og det omgivende miljø.. Volumet mellom ringpakningene og det indre av skålen er fylt med et inkompresibelt fluidum som overfører trykket mellom ringene og bringer dem til å virke i serie for å fordele diffe-ransen mellom innvendig og utvendig trykk. Den -utvendige ring tjener likeledes som sikringspakning i tilfellet av at den innvendige, tettende ring skulle svikte.

Fransk patentskrift 2 389 064 beskriver en lignende fleksibel skjøt hvor de to ringer er plassert mellom den flens som lukker for det skålformede stykke,og enden av det rørformede stykke. Det rørformede stykke har nedentil en sfærisk krave som samvirker med et sfærisk parti i bunnen av det skålformede stykke for å danne et kuleledd. Dette arrangement gjør det mulig å oppta alle opptredende trykkrefter, mens inngrepet mellom kuleleddets deler risikerer å løses av strekkreftene. De fleksible ringer er anordnet på hver sin side av rotasjonssenteret, og sentrene for de sirkelbuer profilene følger^ er plassert på den geometriske akse på hver sin side av rotasjonssenteret.

Disse skjøter har en rekke ulemper, og blant disse kan nevnes: forholdsvis liten utslagsvinkel som følge av den mekaniske begrensning av bevegelsene av flen-sens åpning eller av rotasjonssenterets beliggen-het, eller som følge av manglende bevegelighet pga. det innvendige trykk,

omfang: skjøtens ytre diameter er betydelig i forhold til nyttepassasjens diameter,

begrenset levetid forårsaket ved tæring på stykker

i kontakt med de transporterte slipende eller kor-roderende produkter, - vanskelighet med montering og avmontering av skjø-tene .

Fransk patentskrift 2 327 982 gir anvisning på en løs-ning av utslagsproblemet ved å kombinere to skjøter av en ut-førelse i likhet med den ifølge fransk patent 2 389 063, men til gjengjeld blir anordningen mindre enkel og kompakt.

Problemet når det gjelder omfang, synes ikke å ha funnet noen løsning til tross for den interesse man har av å minske de trykkpåkjente flater og fremstillingsomkostningene.

Den fleksible skjøt ifølge oppfinnelsen gjør det mulig

å oppnå en betydelig utslags- eller svingevinkel (±10°) i for-bindelse med et redusert omfang,noe som kan defineres som forholdet mellom ytterdiameren av den samlede skjøt og den innvendige diameter av nyttepassasjen som forbinder de to ledninger .

Den fleksible skjøt ifølge oppfinnelsen omfatter et skålformet stykke som kan forbindes med en første ledning, et rør-formet stykke som kan forbindes med en annen ledning, og som er koaksialt med det skålformede stykke og anordnet delvis i det indre av dette, og to sfæriske, fleksible ringer som er anordnet mellom det skålformede og det rørformede stykke, og skjø-ten utmerker seg i første rekke ved at de to fleksible, sfæriske ringer er anordnet på hver sin side av svingesenteret( og at ringenes konkave flater vender mot svingesenteret og er konsentriske med dette.

De følgende forklaringer tilliJce med tegningene som an-føres eksempelviSj gjør det mulig å forstå hvorledes oppfinnelsen kan bringes til utførelse. Fig. 1 viser aksialsnitt av en fleksibel skjøt ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 er et oppriss av skjøten halvveis gjennomskåret

og i utsvunget stilling.

Den fleksible skjøt på fig. 1 skal forbinde to ledninger og omfatter et skålformet stykke 1 som ved hjelp av en flens 2 kan forbindes med en første ledning, og et rørformet stykke 3 som ved hjelp av en flens 4 kan forbindes med den annen ledning. Dette stykke 3 er koaksialt med det skålformede stykke 1 og rager delvis inn i dette. To fleksible, sfæriske ringer 5 og 6 som i det følgende vil bli betegnet henholdsvis som flek-sibelt anslag og som tetningspakning, er anordnet mellom det rørformede og det skålformede stykke.

Det skålformede stykke 1 har en gjennomgående aksial åpning 7 hvis diameter er lik innerdiameteren av ledningene som skal forbindes. Innvendig har skålen nær åpningen 7 en sylin-drisk avsats 8 som opptar et ringformet, sfærisk skall 9 som er fast forbundet med den konvekse side av tetningspakningen 6. Den konkave side av denne pakning er fast forbundet med den sfæriske ytterside 11 av et ringformet beslag 10 hvis -innerplate 12 inngrenser en passasje som er koaksial med det rørformede stykke og har større diameter enn åpningen 7. Beslaget 10 bærer på en av sine kanter en krave 13 hvis funksjon vil bli angitt nærmere senere.

Toppåpningen 14 i det skålformede stykke 1 opptar en ring-flens 15 med sfærisk overside '16'. (med sentrum i O) og i det min-ste delvis konisk innside 17. Denne flens festes i åpningen 14 med i og for seg kjente midler, f.eks. bolter 18. De to stykker 15 og 19 danner en sfærisk understøttelse som tillater det rørformede stykke 3 å utføres svingebevegelser i det skålformede stykke 1 under unngåelse av relative bevegelser mellom det rør-formede stykke og det skålformede stykke forårsaket av aksialt trykk av ledningene.

En innadvendt flate 20 på flensen 15 er utformet og bestemt for å oppta et beslag 21 for det fleksible anslag 5. Dette beslag 21 er et omdreiningslegeme hvis tverrsnitt har form av en rettvinklet trekant med konkav hypotenus. Omdrei-ningslegemet har samme dimensjoner og krumning som den konvekse sfæriske flate 22 på det fleksible anslag 5. Det samme gjelder beslaget 29, som likeledes har form av et omdreiningslegeme, og hvis konvekse side 28 har samme dimensjoner og krumningsradius som den konkave side 27 av det fleksible anslag 5. Den sylindriske innerflate 30 av beslaget 29 har en diameter svarende til ytterdiameteren 31 av det rørformede stykke 3, og samvirker med dette ved minst ett gjenget endeparti 32. Ringflaten 33 på beslaget 29 bærer festeorganer for kraven 13 på ringbe-slaget 10 på tetningspakningen 6.

I samsvar med oppfinnelsen er relativ stilling såvel som utformning av de forskjellige komponenter av den fleksible skjøt valgt slik at systemets svingesentrum 0 sitter mellom de fleksible sfæriske ringer som utgjør henholdsvis det fleksible anslag 5 og tetningspakningen 6, i planet for den frie kant 49

av skallet 9. Senteret 0 utgjør likeledes et krumningssentrum for de forskjellige sfæriske flater på anslag, pakning og til-hørende beslag, såvel som for anleggsflaten mellom flensen 15 og den sfæriske krave 19.

De fleksible sfæriske ringer 5 og 6 sitter således på hver sin side av det ovennevnte plan gjennom senteret 0 og vender sine konkave sider mot dette. Denne anordning gjør det mulig å tillate en betydelig utsvingning av det rørformede stykke 3 i forhold til det skålformede stykke 1, idet det ringformede rom mellom disse to stykker praktisk talt blir redusert til omfanget av de fleksible sfæriske ringer 5 og 6 med hensyn !til både høyde og diameter.

Den lutningsvinkel som oppnås med dette arrangement er omtrent ±10% i forhold til vertikalen og begrenses av innerflaten 17 av flensen 15.

Det elastiske legeme hos de fleksible sfæriske ringer utgjøres av en stabel av lag 34 av en elastomer og metallrondeller 35 i form av kulekalotter. De sfæriske rondelller fås ved bearbeidelse av stålemner langs en krumningsradius lik av-standen jnellom senteret 0 og rondellens posisjon i stabelen. Hver metallrondell har således forskjellig krumningsradius, men samme tykkelse. Stabelen fås på kjent måte ved vulkanisering av de sammenføyde lag av rondeller og elastomer. Elastomeren er naturgummi, hvis ytterflater 5A og 5B for anslaget og 6A for pakningen er dekket med et vulkanisert lag av klorert kautsjuk eller en vilkårlig annen elastomer som er motstandsdyktig mot hydrokarboner og det omgivende marine miljø. Staber av metall-rondellene og lagene av naturkautsjuk blir dermed skjermet mot angrep fra det omgivende marine miljø, som kan inneholde spor av hydrokarboner.

Innerflaten av tetningspakningen 6 i kontakt med boreslammet er dekket ved påvulkanisering av en mansjett 3 6 av kunstgummi som er motstandsdyktig mot avslipning, mot råoljeproduk-ter og kjemiske produkter og mot den høye temperatur av boreslammet, en temperatur som på dette sted kan overstige 100°C.

Beslagene på anslag og pakning blir likeledes festet til disse stykkers elastiske legemer ved vulkanisering.

Denne utførelsesform muliggjør perfekt fleksible skjøter samtidig som disse får høy trykk- og skjærfasthet. Dog er de-res motstandsdyktighet overfor strekkrefter begrenset.

Slike krefter vil kunne opptre i visse tilfeller av kort-varig avvik av fartøyets eller den flytende plattforms posisjon. Stigerøret, som er fastgjort til det rørformede stykke 3 hos den fleksible skjøt, blir utsatt for en brå,aksialt nedadrettet kraft som bevirker trykkpåk jenningen på ledningen. Pågrunn av plasseringen av pakningen 5 i forhold til senteret 0 blir denne da utsatt for strekkrefter. Muligheten for høy strekkspenning på anslaget 5 ledsaget av trykkpåkjenning på pakningen 6 for-hindres av det sfæriske anslag som dannes av stykkene 15 og 19, som opptar og direkte overfører trykkreftene fra det rørformede stykke 3 til det skålformede stykke 1 utenom de fleksible sfæriske ringer 5 og 6.

Det sfæriske anleggssted, som er fullstendig neddykket i det marine miljø og bare virker leilighetsvis under belastning, betinger slitasje bare i et bagatellmessig tidsrom og har ingen innflydelse på systemets fleksibilitet.

Kantene av den sfæriske krave 19 er avfaset ved 48 for ikke å rage utenfor ytterkonturen av skålen 1.

Tetningspakningen 6, som er utformet og sammensatt for bare å skaffe avtetning mellom boreslammet som strømmer i ledningenes indre,og det omgivende marine miljø som trenger fritt inn i rommet 47 i det skålformede stykke gjennom åpningene 37, er. ved hjelp av dette sfæriske anlegg fullstendig beskyttet mot til-feldig sammentrykning. Uten et slikt anlegg ville pakningen under, virkningen av en aksial trykkraft undergå en utflytning som ville influere uheldig på dens levetid. Således skal tetningspakningen utholde et innvendig trykk som i normal drift kan gå opp i flere hundre bar. Disse trykk beherskes desto bedre jo mindre de flater som utsettes for dem er, og paknin-gens innerdiameter er derfor minst mulig. Denne diameter er bestemt ved diameteren av den frie passasje som skal overhol-des. Tykkelsen av pakningen avhenger av dens diameter og av driftstrykket. Ved samme trykk er den mindre jo mindre diameteren er.

Anordningen av stykkene som utgjør den fleksible skjøt ifølge oppfinnelsen, er slik at innerdiameteren av tetningspakningen er praktisk talt lik diameteren av ledningens frie passasje. Dessuten gir den konsentriske utformning av stabelen i pakningen denne god holdbarhet overfor ytre trykk i tilfellet av at ledningenes indre kommer på undertrykk '. i forhold til det omgivende miljø. Dette trykk kan f.eks. foreligge i tilfellet av at den fleksible skjøt innsettes mellom stigerøret og brønn-hodets sperreblokk hvis denne senkes til stort dyp med venti-lene lukket, eller i tilfellet av at der under boring i vann inntreffer ankomst av gass i liten mengde, men tilstrekkelig til å lette slamsøylen ved å bringe den i emulsjon.

Passasjen i tetningspakningen 6 oppviser takket være dens utformning, etter elastisk deformasjon ingen nevneverdig ujevn-het hvor borverktøy .r eller utvekster på borstrengen kan hekte seg fast.

Endeåpningene hos den fleksible skjøt er på kjent måte forsynt med fastsittende sliteringer 38.

Det ovenfor påpekte problem når det gjelder tetningspak-ningens holdbarhet overfor den meget høye temperatur av borslam-met, løses ved naturlig sirkulasjon av vann i rommet 47 rundt pakningen 6.

Skålen 1 har åpninger 37 og 37A som er passende anordnet og orientert, f.eks. i en øvre og en nedre krans og har en dobbelt oppgave: å unngå at skålen 1 og anslaget 5 blir satt under trykk i tilfellet av lekTcasje i pakningen 6, og å tillate vann å tre inn i og ut av rommet 47. Vannet kommer inn gjennom åpningene 4 7A i nedre krans, varmer seg opp i kontakt med skallet 9 og overflaten 6A av pakningen 6 og undergår dermed et tap i spesifikk vekt, som bringer det til å tre ut igjen gjennom åpningene 37 i øvre krans. Der oppstår således en kontinuerlig sirkulasjon av vann rundt pakningen.

Denne vannsirkulasjon sikrer en effektiv kjøling av skjøten.

Sammenføyningen av de forskjellige komponenter av den fleksible skjøt gjennomføres i følgende rekkefølge: på det rørformede stykke 3 setter man inn den sfæriske krave 19, som får anlegg mot den ringformede krave 39 på det rørformede stykke.3,

man anbringer så flensen 15 og deretter pakningen 5, hvis beslag 21 får anlegg mot flensen etter at beslaget 29 er skrudd på den gjengede ende 32 av det rørfor-mede stykke 3, samtidig som en ringpakning 40 sikrer tetning mellom beslaget og det rørformede stykke, og forbin-delsen er sikret med en settskrue 41,

man bolter kraven 13 på beslaget 10 hos pakningen 6 til beslaget 9 hos pakningen 5 etter å ha lagt inn en

ringpakning 42.

Det således sammenføyde system innføres i det skålformede stykke 1 slik at det ringformede parti 43 av skallet 9 trer inn i den sylindriske avsats 8 i bunnen av det rørformede stykke, hvor tetning sikres med en ringpakning 44.

Høyden mellom avsatsen 45 på flensen 15 som skal samvirke mellom den ringformede rand 14 av den sylindriske åpning i det rørformede stykke, og anleggsflaten 43 på det sfæriske skall 9 for pakningen 6 er større enn høyden mellom bunnen av avsatsen 8 og randen av det skålformede stykkes sylindriske åpning. Når det rørformede stykke er på plass i det skålformede stykke, vil avsatsen 45 på flensen 15 og randen 14 av det skålformede stykke ha et høydeavvik H som kan reguleres med boltene 18, som settes på plass gjennom uttagningene 46. Mer eller mindre kraf-tig tilstramning av boltene 18 gjør det mulig å sette anslaget

5 og pakningen 6 under ønsket aksial-forspenning..

Ved et utførelseseksempel i samsvar med den beskrevne opp- finnelse har ledningene som skal forbindes, en diameter av omtrent 527 mm (20 3/4")., ytterdiameteren av det skålformede stykke er 1219 mm (48") og forholdet mellom ytterdiameter og diame-

ter av skjøtens nyttepassasje således omtrent 2,3, mens de skjø-ter som for tiden markedsføres, har et forhold på minst 3.

De trykkdifferanser som skjøten egner seg til å utholde, både når det gjelder utenfra og innover og omvendt, blir av størrelsesorden 300 bar.

Vinkelutslaget blir på ±10° i forhold til vertikalen.

Claims (8)

1. Fleksibel skjøt til å forbinde to ledninger, omfattende et skålformet stykke (1) hvis sylindriske åpning har en ringformet kant (14 lj og som kan forbindes med en første ledning ved en aksial åpning (7), et rørformet stykke (3) som kan forbindes med en annen ledning, og som er ■ -koaksialt med det skålformede stykke og delvis anordnet i dettes indre, samt en før-ste og en annen fleksibel, sfærisk ring (5, 6), hver bestående av en stabel av skiftende lag av elastomer (34, 34Å) og sfæriske metallrondeller (35, 35A) og anordnet mellom det skålformede stykke og det rørformede stykke, samtidig som de innbyr-des forbundne fleksible, sfæriske ringer er anordnet på hver sin side av svingesenteret (8) og med sine konkave flater vendende mot svingesenteret og konsentriske med hensyn på dette, karakterisert ved at den ringformede rand (14) av det skålformede stykkes åpning er innrettet til å oppta en flens (15) som har en sfærisk overside (16) formet for å samvirke med den komplementære sfæriske flate på en sfærisk krave (19) som holdes av det rørformede stykke (3).

2. Fleksibel skjøt som angitt i krav 1, hvor flensen (15) har en ringformet underside (20) utformet for å holde et første beslag. (21) på en første sfærisk fleksibel ring (5), mens denne rings annet beslag (29) med sin sylindriske innside (30) er . festet til endepartiet av det rørformede stykke (3), karakterisert ved at det annet beslag (29) på sin sy-linderflate (30) har gjenger. (32) som samvirker.med motsvarende gjenger på utsiden av. det rørformede stykkes endepartl.

3. Fleksibel skjøt som angitt i krav 1 eller2, k a r a k- terisert ved at den annen sfæriske, fleksible ring (6) på sin konvekse side bærer et sfærisk ringformet skall (9) som med et parti samvirker med en avsats (8) utformet i det indre av det rørformede stykke nær dens aksiale åpning (7), mens en konkav side av ringen er fast forbundet med et ringformet beslag (10) festet til det annet beslag hos den første ring for å begrense en passasje som er koaksial med det rør-formede stykke (3)j og hvis diameter er større enn diameteren av åpningen (7).

4. Fleksibel skjøt som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at beslagene (21, 10). og det sfæriske ringformede skall (9) er festet til de sfæriske flater på de fleksible, sfæriske ringer (5, 6) ved vulkanisering.

5. Fleksibel skjøt som angitt i et av kravene 1 - 4, hvor flensen (15) har en anleggsflate (45) som vender -mot randen (14) av det rørformede stykkes sylindriske åpning, karakterisert ved at der mellom nevnte anleggsflate (45) på flensen (15) og randen (14) av den sylindriske åpning i det rørformede stykke er anordnet et avvik (H ) som gjør det mulig å regulere forspenningen på pakningene.

6. Fleksibel skjøt som angitt I et av kravene 1-5, karakterisert ved at den flate på den fleksible, sfæriske ring (6) som får kontakt med boreslammet,er dekket med en mansjett (36) av kunstgummi.

7. Fleksibel skjøt som angitt I et av kravene 1 -.6, karakterisert ved at flatene (5A, 5B, 6A) på de fleksible, sfæriske ringer er dekket med et lag av elastomer som er motstandsdyktig mot hydrokarboner og det marine miljø.

8. Fleksibel skjøt som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at det skålformede stykke (1) har minst en øvre og en nedre krans av åpninger (37, 37A) for naturlig sirkulasjon av vann i det indre (47) av det skålformede stykke.