NO861655L - Hurtigkoplingssystem for broennhode/stigeroersstakk/utblaasingssikring og avledersystem ved broennboring. - Google Patents

Description

HURTIGKOPLINGSSYSTEM FOR BRØNNHODE/STIGERØRSSTAKK/ UTBLASINGSSI KR I NG OG AVLEDERSYSTEM VED BRØNNBORING

Oppfinnelsen angår hurt igkoblingssys tem for brønnhode, stigerørsstakk, utblåsingssikring og avl edersystem til bruk ved brønnboring, f.eks. ved leteboring etter væsker så som oljer, gasser.

Utstyret som brukes ved boring av oljebrønner er kostbart å drive og kostbart å vedlikeholde; det er svært kapital- og arbeidskrevende: Tungt utstyr må løftes på plass, justeres og tilkoples under forhold som vanligvis krever anseelige utgifter til arbeidskraft og materiell. Dessuten kan tilkoplingen av boresystemer til brønnhodet bli kostbart på grunn av at kjente typer kopl ingssystemer må installeres permanent på brønnhodet.

Når en borerigg er i posisjon ved et brønnhode, må det koples til en avleder på brønnhoderøret som kommer opp fra grunnen. Avlederen og/eller utbløs ingssi kri ngen ("BOP") kan veie omtrent 30.000 Ibs. Dette er en sikkerhetsinnretning for å avlede eller stenge for plutselig trykkstigning i lederøret og/eller for ingsrøret, og kan lede dette bort fra boreriggen til slamtankene. Dette kalles også for å hindre tilbakeslag eller "kick". Slike trykkstigninger kan for eksempel komme av at boret kommer 1nn i en gasslomme.

Avlederen eller utblås ingssi kr i ngen har T-rørpasstykke med ventiler. Rørpasstykket er koplet til rørledninger som fører boreslammet under trykk over til slamtanker i trygg avstand fra boreriggen. Den konvensjonelle måten å kople avlederen til lederøret på, er å sette sammen to sirkulære flenser, som i bransjen kalles API-flenser eller klemmeflenser.Den ene monteres permanent på lederøret og kalles startbode eller foringsrørsforankring (starting head/braden head), den andre på avlederen eller stigerørs- stakken. Starthode-f1ensene har vanligvis tjue - tjuefire boltehull. Vanligvis sveiser man en av flensene fast på lederøret, mens den andre boltes til stigerørsstakken eller avlederen. PA grunn av vekten og massen til avlederen som skal monteres på brønnholdet, er det både vanskelig og tidkrevende å bringe de to flensene i stilling og føye dem sammen. Begge settene med boltehull på de respektive flensene må rettes inn aksielt og rotasjonelt og holdes i riktig posisjon slik at boltene kan stikkes gjennom hullene og festes. Nevnte fremgangsmåte er svært tidkrevende. Avlederen kan veie ca. 30.000 Ibs., hvilket gjør det vanskelig å rette inn og feste avlederen/stigerørsstakken til brønnhodet, dessuten er API-flenser eller klemme- flenser, som brukes til sammenføyning av brønnhodet/stige- rørsstakken og avledersystemet svært kostbare. Det er heller Ikke ønskelig at denne type flenser blir permanent festet til brønnhodet.

Ifølge kjent teknikk foreligger ikke alternativ til bruk av de sirkulære flensene eller klemmef1ensens som er nevnt ovenfor. På andre områder, for eksempel når det gjelder undervannsboring, utfører man sammenkoplingene på andre måter. I Johnsons U.S. Patent nr. 3,155,175 senker man for eksempel en avleder ned på undervannsbrønnhode som har et skråttstilt sete. Setet er utformet således at det innretter seg aksialt med en motsvarende flate på et boredeksel under avlederen. Imidlertid må Johnson-systemet rettes 1nn med en spesiell dreining, slik at en omløpslednlng (bypass conduit) kan koples til et særskilt punkt på den nedre del av avlederen og tilsvarende fordypninger 1 setet. Derved oppstår det samme problemet som ved boringer på land, knyttet til rotasjonell Innretting beskrevet foran.

Når det gjelder montering av rør, er utviklet flere systemer for rask sammenkopling og fråkopling. Ingen av angjeldende systemer kan tilpasses brønnboringsoperasjoner, særlig når vektbelastningen antar den størrelse som er vanlig 1 brønn boringsbransjen. Laskos U.S. Patent nr: 3.781.041 beskriver for eksempel et rørstykke som kopler sammen to rør ved hjelp av en serie bolter som er bøyet 1 vinkel, og som passer inn i et ringformet spor på en sylindrisk overflate: Dette holder to rørstykker sammen. Lasko har også med en elastisk tetnlngsr1ng, som når den sitter Inne 1 rørenden dannen en indre konisk overflate. Men siden overflaten dette danner, er laget av et komprimerbart og elastisk materiale, passer Laskos patent dårlig som kopllngsledd mellom en avl eder/st igerørsstakk og/eller lederøret i brønnhodet. Vekten av sistnevnte deler ville simpelthen deformere eller rive i stykker den elastiske tetningen. Dessuten har tetningen en elastisk flens som ville gjøre rotasjonell oppretting svært vanskelig, på grunn av vekten. De sylindriske delene under tetningen vil vanskeliggjøre aksiell innretting av de to rørendene, dersom anordningen skulle brukes ved brønnbori ng.

Et annet eksempel på en type hurtigkopl1ng brukt i rørtHpasning, er beskrevet i Dickeys U.S. Patent nr. 3.633.948. Sistnevnte kopling benytter seg av en kam som betjenes med en spak, og som passer inn 1 et' ringformet spor på en ellers slett, sylindrisk overflate. Som nevnt ovenfor i forbindelse med Laskos patent, er ikke dette arrangement egnet til å kople et brønnhode til en avl eder/stigerørsstakk , fordi sylindriske overflater med slette vegger Ikke er aksielt selvjusterende; de må rettes nøyaktig inn før sammenkoplingen finner sted. Andre eksempler på sammenkopling som er beskrevet hos Dickey er Godalls U.S. Patent nr. 4.295.670, Ledstrom (3.860.274) og Krapp (2.757.944).

Ingen av de kjente systemer og Innretninger beskrevet ovenfor vedrører de særskilte problemer som oppstår ved brønnboring, f.eks. ved oljefelt til lands og til havs. Forhold som vanskeliggjør arbeidet er for eksempel at sement eller boreslam stopper til rør, koplinger og ventiler, og at det derved oppstår behov for å beskytte kostbare deler av en avleder-brønnhode-kopl1ng. Tiden som medgår til å utføre sammenkopling mellom avl eder/stigerørsstakk og brønnhode under vanskelige forhold, samt nødvendigheten av å posisjonere avl eder/stigerørsstakk for 3 innrette delene og utløpene i bestemte retninger er andre forhold som volder vansker. I tillegg kommer svært høye arbeidstrykk, og behovet for eventuelt S skifte til konvensjonell kopling i nødstilfeller. Sistnevnte problemer er ikke tilfreds-stillende løst i kjent teknikk forsåvidt gjelder brønnbori ng.

Ved hurt igkopli ngen ifølge oppfinnelsen oppnås å overvinne de spesielle problemer ved brønnboring. Oppfinnelsen går ut på å kople avleder og/eller stigerørsstakk og/eller utblås1ngssi kr 1ng på en sikker, enkel, økonomisk og hensiktsmessig måte; og som gir vesentlige tids- og arbeids- besparelser. Kopl 1ngsenheten er Ikke avhengig av forutgSende nøyaktig aksiell innretting, og kan bSde monteres og demonteres på lettvint måte. Oppfinnelsen eliminerer nødvendigheten av å montere og etterlate kostbare flenser eller klemmeflenser på brønnhodet. Oppfinnelsen omfatter flere deler. På brønnhodets lederør, som i vanlig utforming består av et rør med diameter mellom 13" og 36", monteres en hul sylinder, det såkalte starthodet. Starthodet er innrettet til å passe inn over lederøret, og sveises på plass. Den øvrige del av starthodet er utformet som en tapp, for å passe inn med systemets neste del, bestående av en hylse som kan senkes ned over tappen.

Hankjønnsdelen av hurtigkopli ngen kan derved flyttes fra brønnhodet til brønnhodet, alt etter behov. Hurtigkoplingens konstruksjon gjør det unødvendig å feste den permanent, hverken på brønnhode, stigerørsstakk, utblås 1ngss1 kring eller andre kopl ingsdeler.

Hunkjønnsdelen av hurtigkopl1 ngen kan derimot festes permanent til stigerørsstakken, utblås 1ngss1 kr 1 ngen og/eller avlederen. Dette vil s1 at når hunkjønnsdelen av hurtig- kopleren er boltet fast til stigerørsstakken, utblåsings- sikringen eller avlederen med flensen eller klemmeflensen, vil den forbli flenset eller klemt fast, slik at den ikke behøver å boltes eller flenses fast for

hver etterfølgende operasjon.

Etter at hankjønnsdelen av hurtigkopli ngen er flenset eller boltet fast til en bestemt enhet, kan den avhengige hunkjønnsdel gannske enkelt senkes ned på hankjønnsdelen i systemet med en kran eller heis. Den frusto-koniske sel vjusterende oppstillingen med hankjønns- og hunkjønnsdel sørger for at de to enehetene i hurtigkopli ngen lett går inn i hverandre, samtidig som de justerer seg aksielt. De kan deretter justeres trinnløst i rotasjonsretningen og festes raskt ved hjelp av 1åseanordni ngene.

Et av siktemålene med oppfinnelsen er å muliggjøre lettere tilkopling mellom brønnhode, stigerørsstakk, utblåslngs-sikrlng og avleder, uten behov for nøyaktig rotasjonell og aksiell justering.

Ifølge oppfinnelsen unngås at kostbare flenser eller klemmeflenser b11 r stående igjen på alle skjøter i monterings- og demonter 1ngsprosedyrer ved boreoperas joner.

Hurtigkoplingssystemet, ifølge oppfinnelsen, kan raskt tilpasses de øvrige deler av et konvensjonelt koplings-system.

Hurtigkoplingssystemet, ifølge oppfinnelsen, er vist på medfølgende tegninger: - fig. 1. viser st igerørsstakk påmontert

trykkluftsylindre, 1 langsgående snitt.

- takfig. ?.. viser sammenkobling av rørdeler på montert trykkluftsylindre, 1 langsgående snitt.

- fig. 3 viser trykkluftssyl1ndre 1 langsgående snitt.

En flerdelt stigerørsstakk-montasje, bestående av flere ledd (1) kobles til et brønnhode lederør (2), vanligvis i standardstørrelse fra 13 tommer til 36 tommer i diameter. Lederøret (2) strekker seg ned i grunnen og tjener som hoved-startrør for boreoperasjonen. På lederøret (2) er det festet ett starthode (3). Starthodet (3) er en hul sylinder som kan løftes med kjettingvinsjer, luftheiser eller andre 1øftelnnretninger. Starthodet (3) består også av ytre hun-endestykke (4), som er tettet ved metal 1-mot-metal 1-tetning (5) og dessuten en elast-

isk tetnlngsrlng (6). Stigerørsstakk-montasjen er en hul sylinder med en hurtigkoblingsboks 1 nedre del og åpninger (7) for montasje av passende ventilmekanisme (8) . Ventilenes (8) kan foreksempel lede- ordinære væsker fra systemet når rør skal kobles fra.

Starthodets(3)øvre del (9) er av hankjønn, og har et ytre spor (10) som passer med en Indre del av

stigerørs-stakkens neste hunkjønnsdel (11).

Hankjønnsdelen (9) - av hurtigkobl1 ngen har som nevnt en ytre metal1kontaktflate med et rlngspor (10). Sporet (10) har en form og en dimensjon som gjør at endestykket (12) på 1åseanordni ngen (13) kan gripe inn i sporet (10).

Hankjønnsdelens (9) kontaktflate er tilpasset for å kunne føyes 1nn i hunkjønnsdelen (11) av hurtigkobli ngen .

Hunkjønnsdelen (11) er en hul sylinder med indre metallflater formet som en avkuttet kjegle. Denne passer sammen med motstående flate, hvilket sørger for at de to flatene justeres seg selv aksielt ved sammenkobling, på grunn av tyngdekraftens påvirkning. Hunkjønnsdelen (11) har også et sett med 1åseanordninger (13) som er gjenget 1nn gjennom radiale hull (14). Kontaktflatene på han-(9) og hunkjønnsdelen (11) er faset 1 sine respektive ender for å gjøre friksjonen så liten som mulig ved s ammenkobl1ng.

I faktisk bruk er hunkjønnsdelen (11) av hurt 1gkobl1 ngen mer eller mindre permanent sammenkoblet med avlederen (18) via ett eller flere ytterligere deler (14 og 15) sammenkoblet ved hurt 1gkobl1ng Ifølge oppfinnelsen. Ved påmonterlng av avlederen (18) tilslutt med sin hunkjønnsdel (17) senkes ned på systemets øvrige deler og raskt sammenkobles med disse. Dette muliggjøres fordi de ikke- elastiske halvkjegletformete flatene på sammenfyl 1 ingsdelene (17 og 15) i hurtigkobli ngen sørger for automatisk aksiell justering av de to delene som skal monteres sammen.

På fig. 2 er vist 1åseanordning (13) i detalj. Foretrukket antall låseledd på hver hurtigkobl1ng er ni. Erfaring har vist at n1 er det minste antallet 1åseanordninger (13) det er behov for hvis en hurtlgkobling skal motstå arbeidstrykk av realistisk størrelsesorden. Antall 1åseanordninger (13) kan dog varieres fritt ut fra andre hensyn. Hurtigkobl1 ngen tettes ved hjelp av metal1tetningsring (5) og ellers d1sktetn1ngsr1ng (6). Metal1tetningsringen Ugger på toppdelen (9) og den elastiske tetningsringen (6) er anbragt langs siden av tappen over låsesporet (10).

Hver 1åseanordning Ifølge fig. 2 kan bestå av hydraulisk eller pneumatisk sylinder (13) som er montert i radielt boret hull (14) i hunkjønnsdelen av hurtigkobli ngen. Gjenge- eller pinnedelen har et konslsk endestykke (12) som passer inn i rlngsporet (10). Låseanordningene (13) er utformet også eventuelt å kunne skrus inn og ut manuelt. Låseanordningen operes ved tilførsel av hydraulisk eller pneumatisk trykk via nippelen (19). Låseanordningen (13) består således av hydraulisk- eller pneumatisk sylinder ifølge kjent teknikk, med stempel (20), trykksylinder (21), fjær (22) og låsestykke (12).

Låsestykket (12) er forbundet med stempelet (20) således at låsestykket (12) er direkte forbundet med stempelet (20), hvilket medfører at låsestykket (12) griper inn 1 rlngsporet (10) når stempelet (20) er helt trykket 1nn av spiralfjæren (22). I fig. 2 er det Ikke trykk i trykkammeret (21) og stempelet (20) er derfor presset helt inn 1 trykkammerets (21) endevegg.

Når trykkammeret (21) settes under trykk, vil fjæren (22) g1 eleastisk etter, således at stempelet (20) beveges ved stigende trykk, og drar låsestykket (12) med seg. Derved griper ikke lenger låsestykket (12) inn i ringsporet (10).

Claims (5)

1. Avlederstakk-system for å sammenstille avleder (18) på lederør (15) i brønnhodet (2), karakterisert ved at et hult legeme (4) er monterbart festet til et annet hult legeme (11) og eventuelle ytterligere hule legemer (15, 16, 17, 18) ved en hurtigkobl1ngsmekanisme bestående av 1 det minste en hul hankjønnsdel (9) og i det minste en hul hunnkjønnsdel (11); idet nevnte hankjønns- og hunkjønnsdeler (9, 11) er sammenkoplet langs felles aksje. Nevnte deler (9, 11) har selv- justerende innretninger av henholdsvis hankjønn- og hunkjønn, således at delene innrettet aksiellt i forhold til hverandre under sammenkopling. Hurt igkoplings-mekanismen er forsynt med 1åseanordninger (13) som kan betjenes individuelt ved hjelp av hydraulikk, pneumatikk eller manuelt for sammenkopling og frakopling.

2. Hurtigkoplingsmekanismen ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte hurt igkoblingsmekan isme har en indre kontaktflate forsynt med passende antall 1åseanordninger (13) anordnet for å gripe inn i ringspor (10) på hankjønnsdelen (9).

3. Hurt igkoplingsmekan isme ifølge foregående krav 2, karakterisert ved at nevnte 1 åseanordning (13) konisk formete endestykke (12) får Inngrep i motstående konisk ringspor (10) på hankjønnsdelen (9).

4. Medtode for kobling mellom deler i stigerørsstakk, karakterisert ved at at hankjønnsdelen (9) kan til- og frakobles hunkjønnsdelen (11) vedtllfesting av 1åseanordningen (13) fra hunnkjønn delen (11) 1nn 1 hankjønnsdelen (9) 1 ringspor (10).

5. Metode Ifølge krav 4, karakterisert ved at hurtigkoblingsanordningen hunkjønnsdel (11) plasseres således at den slutter inn til anordningens hankjønnsdel (9 ) for sammenkobling ved hjelp av 1åseanordninger (13). SAMMENDRAG Hurtigkoplingssystem for avlederstakk, er avleder (18 ) tilkoples et lederør (2 ) i et brønnhode. Systemet omfatter et starthode (3) som er koplet til lederøret (2) 1 et brønnhode ( ), starthodet (3 ) med avleder (18), hurtlgkoplIngsmekanisme bestående av minst en hankjønnsdel ( 9) med fremstlkkende frusto-kon1 sk kontaktflate med ringspor (10) og en hunkjønnsdel (11) med indre frusto-konisk ti 1 slutningsf1ate og 1åseanordninger (13) montert radialt gjennom hull (14) for tilslutning og sammenkopling inn 1 rlngsporet (10).