NO864830L - Koblingsanordning og anvendelse av denne. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder ei fjernstyrt elektrisk kobling av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1, for bruk under vann.

Utstyret som brukes for å styre en undervannsbrønn omfatter vanligvis et "juletre" som er koblet til brønnhodet på havbunnen, en styremodul som omfatter forskjellige aktuatorer for å styre ventiler plassert på juletreet og i selve brønnen, og en dekkdel med ei rekke hydrauliske styreledninger for tilkobling til forskjellige aktuatorer i styremodulen, treet og i selve brønnen, fra et overflatetar tøy.

Når det produseres olje eller gass fra et brønnhodet, er det viktig å skaffe data med hensyn til trykk og temperatur på oljereservene når de trenger opp gjennom brønnen. Disse data gir riggoperatøren vital informasjon med hensyn til reservoaret, oljebassenget, sedimentære lag, forventet levetid for produksjonsbrønnen, gass og korroderende stoffer som går inn i brønnen etc. Enkelte ganger kreves ekstra elektriske data, f.eks. for stillingen på sleider i ventilene plassert på treet under vann.

Denne datainnsamlingen utføres vanligvis elektrisk og krever normalt ei fjernstyrt elektrisk kobling mellom produksjonstreet og en separat avtakbar styremodul.

Fra tid til annen står operatøren overfor den oppgave å koble styremodulen til produksjonstreet og foreta elektriske forbindelser på dypt vann uten hjelp av føringsliner for å drive og hente opp igjen styremodulen. For å oppnå disse er en entringskanal med stor diameter plassert på toppen av treet. Kanalen danner en utvidet fangsone for å lande styremodulen og føre denne inn i den tilsvarende koblingsdelen på treet. Denne kanalen med stor diameter (halvparten av koblinga) krever imidlertid at den elektriske koblinga forskyves flere desimeter for å gå i inngrep med motparten (den andre halvparten av koblinga.) Dette skaper et problem fordi det er vanskelig og oppnå riktig oppretting av de to koblingshalvdelene.

Følgende faktorer virker således sammen om å gjøre den fjernstyrte sammenfør ingen av den elektriske koblinga til et problem: 1. Den elektriske koblingshalvparten (pluggen) på modulen må plasseres i stor avstand fra sin motpart på treet. Grunnen til dette er behovet for at koblingshalvdelene skal kunne trekkes fri av innføringskanalen under plasseringen av styremodulen på treet. 2. Bevegelsen av hver av koblingshalvdelene forårsaket av sveisingen av bærestrukturen som koblingshalvdelene er festet til, kan ikke forutsies. 3. Orienteringen og opprettingen som kreves for å føre sammen to koblingsdeler av tapp-type er meget nøyaktig og det må tas hensyn for å hindre skade på tappene samtidig som det skapes ei riktig ledende anleggsflate. 4. Hovedtetningen mellom omgivelsene og tappen dannes av en pakning med flateanlegg over det de plane feltene som opptar tappen på patrisesida og det motsvarende organet på matrisesida. Disse to flatene må møtes plant og innbyrdes parallelt i nesten perfekt stilling. I tillegg må det opprettholdes en konstant forspenning på koblingshalvdelene for at primoerpakningen skal fortsette å utøve sin funksjon. 5. Toleransesummen mellom alle komponentene i styremodulen og treet, og koblingsdelene er stor nok til å kreve minst ett fritt bevegelig element. 6. Patrisedelen i koblinga må holdes tilbaketrukket under monteringen i tilfelle svikt i hydraulikktilførselen, for ikke å skade pluggen under innføringen i kanalen, samt 7. Anleggsflata mellom koblingshalvdelene må forbli innkoblet, forspent og tettet i tilfelle svikt i hydraulikktilførselen, for å unngå kostbart elektrisk utfall.

Ifølge oppfinnelsen er det skapt ei fjernstyrt elektrisk kobling som langt på vei løser disse problemene og som er utformet i samsvar med patentkrav 1. Koblingen av pluggen og holderen eller stikk-kontakta skjer i to trinn. Det første trinnet er det første inngrepet mellom pluggen og holderen, samtidig som pluggen og holderen blir renset for å rengjøre alle elektriske kontaktflater. Deretter beveges forlengelsesarmen som et andre trinn til den stillingen pluggen er i i sin endelige stilling i holderen. Ei fjør forspenner pluggen mot endelig anleggsstilling i holderveggen for å sikre god elektrisk kontakt og tetning mot inntrengning av vann. Pluggen kan også presse hydraulisk mot flatekontakt. Forlengelsesarmen har et universalledd som tillater bevegelse til flere sider mellom forlengelsesarmen og huset og en andre innretning for å bevege forlengelsesarmen i forhold til pluggen, hvilke begge virker for å kompensere for eventuell skjevstilling når pluggen griper inn med en holder/stikk-kontakt.

Pluggen har ei rekke med tre mekaniske fjører som setter den i stand til å forbli enten i uttrukket stilling eller i spent, tettende inngrepsstilling, selv om det skulle opptre en svikt i det hydrauliske anlegget.

Pluggen kan trekkes tilbake til huset og den kan kobles på ny på samme måten.

Eksempel:

Fig. 1 viser en skjematisk illustrasjon av et undervanns produksjonstre som er satt ned på en permanent føringssokkel med en styringsmodul plassert over treet i ferd med å bli påsatt, og det er også vist en elektrisk stikk-kontakt plassert på produksjonsstedet, med en elektrisk plugg på styremodulen,

fig. 2 viser et planriss ovenfra av den elektriske koblinga,

fig. 3 viser et snitt etter linja 3-3 i fig. 2, som viser plugg-stikk-kontakt i forhold

fig. 4 viser et snitt etter linja 4-4 i fig. 3,

fig. 5 viser et forstørret utsnitt av fig. 3 med plugg og stikk-kontakt i den første delen av sammenføyningen, mens

fig. 6 viser et riss som tilsvarer fig. 3 for den endelige sammenføyningen av plugg og stikk-kontakt.

Fig. 1 viser en skjematisk illustrasjon av undervannsutstyr, hvor det finnes en fjernstyrt elektrisk kobling i samsvar med oppfinnelsen. Denne delen er gitt generelt henvisningstall 10 og den omfatter en elektrisk plugg 12 plassert på en styremodul 14 sammen med midler 167 for å senke og føre denne pluggen ned i en stikk-kontak 20 plassert på et såkalt "kompleteringstre 22". Pluggen 12 og stikk-kontakten er de sammenpassende koblingshalvdelene som er beskrevet ovenfor.

Før treet 22 ble plassert som vist var et midlertidig fundament 24 plassert på havbunnen og brukt for boring av en brønn. Et permanent føringsfundament 26 ble plassert på det midlertidige fundamentet 24, og koblet til dette. Så ble treet 22 senket ned fra overflata og plassert på fundamentet 26, styrt av søyler 30 på fundamentet 26 og på treet 22 og koblet til fundamentet 26 med hensiktsmessige koblinger. Treet 22 omfatter hensiktsmessige ventiler og ventilaktuatorer 32 for styring av treets forskjellige funksjoner.

Plassert over treet 22 er styremodulen 14 som senkes ned på treet 22 og kobles til dette med ei passende kobling. Styremodulen blir senket ned med eller uten hjelp av føringsliner. For å tillate operatøren muligheten for å senke styremodulen uten føringsliner, er både treet 22 og styremodulen 14 forsynt med et sammenpassende trakt/konus-system 36 som altså fører styremodulen 14 i forhold til treet 22. Styremodulen 14 har styrebokser 40 med hydrauliske styrelinjer som skal tilkobles til hydrauliske styrelinjer 42 på treet 22 for styring av ventilaktuatorene 32. Disse styreboksene 40 blir koblet hydraulisk til fartøyet på overflata ved hjelp av hydrauliske styrelinjer 44. Det er også vist en elektrisk ledning 50 og hydrauliske styrelinjer 52 forbundet med pluggen 12 og vider er en elektrisk ledning 54 koblet til stikk-kontakten 20, slik at elektrisk kraft kan tilføres til og fra pluggen og stikk-kontakten for de formål som er beskrevet ovenfor.

Det vil gå fram selv av denne skjematiske illustrasjonen at opprettingen og forbindelsen med mellom styremodulen 14 og treet 22, tilvirkningstoleranser i systemet, størrelsen og formen på føringssystemet 36 og andre faktorer krever at pluggen 12 beveges en betydelige strekning til stikk-kontakten 20, krever at begge opptar en viss skjevstilling og krever at en vanntett og god elektrisk forbindelse opprettes mellom dem.

Utstyret eller midlene 16 for å opprette denne forbindelsen i samsvar med oppfinnelsen er beskrevet nedenfor.

Fig. 3-6 viser utstyret for å bevege og forbinde pluggen 12 til stikk-kontakten 20, omfattende et langstrakt, rørformet organ eller hus 60 forbundet på hensiktsmessig måte, f.eks. med skruer 62, til ei festeplate 64 på styremodulen 14, og plassert slik at den er åpen ned mot stikk-kontakten 20. Denne er festet med ei festeplate 66 til treet 22 på hensiktsmessig måte, f.eks. med skruer gjennom boringer 70. I huset 60 finnes et andre langstrakt rørformet organ eller en forlengelsesarm 72 med pluggen 12 tilkoblet og beregnet på å bevege seg aksialt i huset 60, d.v.s. å bli skjøvet mot stikk-kontakten 20 med en hydraulisk sylinder 74, hvilken er svingbart forbundet ved en ende av huset 60 og svingbart forbundet ved den andre enden til en føringsring 76. Forbindelsen mellom føringsringen 76 og forlengelsesarmen 76 vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Huset 60 har en langstrakt sliss 80 på en side, for å tillate bevegelse av de delene som forbinder stempelstanga på sylinderen 70 med drivringen 76. To hydrauliske sylindre 74 og slisser 80 er vist i fig. 4. I huset 60 finnes også en tappsliss 82. Denne slissen virker bl.a. som føring for forlengelsesarmen, som har en tapp 84 festet med en bolt. 1 huset 60 er det også anordnet føringer 86 for forlengelsesarmen 72. Når forlengelsesarmen trekkes inn i huset 60, vil dette beskytte armen og pluggen 12 under nedføring og opptrekking av styremodulen.

Som nevnt er forlengelsesarmen 72 forbundet med pluggen 12, slik det er vist tydeligere i fig. 5, har ei hylse 92 for opptak av denne enden av forlengelsesarmen 72 og er forbundet med denne ved hjelp av låseskruer 94 i et omkretsspor 96 på utsida av forlengelsesarmen. Dette sporet 96 er videre nødvendig for å koble pluggen 12 til forlengelsesarmen og danner en løs forbindelse mellom de to, slik at pluggen kan utføre en svak vinkeldreining ved den første nedføringen, for å tilpasse seg selv i stikk-kontakten 20. I hylsa 92, med anlegg mot både pluggen 12 og forlengelsearmen finnes et antall fjørskiver 100 som tjener til å holde pluggen 12 styrt og i inngrep med forlengelsesarmen, samtidig som det tillates en viss skjevstilling mellom forlengelsesarmen og pluggen ved innføring av pluggen i stikk-kontakten. Nedenfor vil det bli beskrevet hvordan forspenningen av fjørskivene tjener til å gi en effektiv tetning og god elektrisk kontakt.

Den andre enden av forlengelsesarmen er lukket med et lokk 102 med en plugg 104 som er ført teleskopisk inn i og forbundet tett med forlengelsesarmen og feste til denne med låseskruer 106. I motsatt retning i forhold til pluggen 104 strekker lokket 102 seg i retning mot føringsringen 76 og har et stempelkammer med et stempel 112. Dette kammeret 110 har to hydrauliske tilkoblinger 114 og 116 plassert på hver side av stemplet 112, for å føre væske inn i kammeret for å styre stempelbevegelsen. Disse tilkoblingene er forbundet med hydrauliske styrelinjer 52 (fig. 1) til fartøyet. Disse styrelinjene går inn i huset 80 gjennom føringsslissen 82. Stemplet 112 har ei stempelstang 120 som strekker seg ut av lokket gjennom ei skruefjør 122, for å bli gjengeforbundet ved 124 til ei tykkere stang 126. Denne tykkere stanga 126 strekker seg gjennom ei boring 128 i drivringen 76 og er skrudd fast med en mutter 130 til et halvkuleformet leddorgan 132 som er opplagret i et motsvarende sete 134 i ringen 76. Boringa 128 er overdimensjonert i forhold til stanga 126 slik at den kan oppta eventuell skjevstilling mellom denne og drivringen 76. Styrken på fjøra 122 kan reguleres med gjengeforbindelsen 124 mellom stempelstanga 120, som styrer stillingen til stempelstanga 120 i forhold til stanga 126 og en setering 140. Stempelet 112 og dets stempelstang 120, som er ansvarlig for væsketrykket i tilkoblinga 116, holder skruefjøra 122 i spent stilling inntil den endelige innføringen av pluggen 12 skal skje, slik det er beskrevet nedenfor.

Det går fram av dette at forlengelsesarmen 72 føres inn og ut av huset 60 med sylinderen 74 og at den har to muligheter for kompensering av skjevstilling, d.v.s. leddet 132-134 og skruespor/fjørskive-arrangementet 94, 96-100. Dette utstyret gjør pluggen 12 til et fritt opplagret organ.

Når forlengelsesarmen 72 trekkes inn i huset 60, holdes den på plass av ei sperrefjør 142 i et låsespor 144

i huset, ved den øvre enden av dette. Sperrefjøra 142 er en splittring plassert i en innsnevret del 146 på føringsringen 76 og holdes på plass med en låsering 150 gjenget på føringsringen 76 og festet til denne med skrue (ikke vist). Når sylinderen 74 fører forlengelsesarmen 72 ut av huset 60, trekkes sperrefjøra 142 sammen og beveges sammen med føringsringen 76 til et andre låsespor 154 (fig. 6) i huset 60 hvor låseringen 142 utvider seg igjen og låser forlengelsesarmen 42 i en første utskjøvet stilling. Dette er det første trinnet i den totrinnsoperasjonen som trenges for å forbinde pluggen 12 i stikk-kontakten 20. Krafta som er nødvendig for å bevege låseringen 142 ut av låsesporet 154 overstiger krafta fra skurefjøra, som beveger forlengelsesarmen 72 mot sin sluttstilling, det andre trinnet i sammenkoblingen, når den blir frigitt av stempelet 112 og stanga 120.

I den første utskjøvne stilling av forlengelsesarmen 72, vil pluggen 12 først gå inn i stikk-kontakten 20, men ikke bli ført helt på plass (se fig. 5).

Pluggen 12 er forsynt med et midtparti 160 som smalner av konisk nedover og som ender i en tupp 162 med mindre tverrmål enn pluggen 12, beregnet for å gå inn i ei sylindrisk boring 164 i stikk-kontakten. Tuppen 162 har O-ringpakningr 166 plassert langs omkretsen, som ligger tett an mot boringa. Pluggen er også forsynt med styrekile 170 festet til pluggen 12 med en hensiktsmessig skrue 172. Styrekilen griper inn med en sliss 174 i stikk-kontakten plassert ved ytterkanten av boringa. Kilen smalner av ved 176 slik at den kan samvirke med en avfasing i slissen for dermed å gjøre innføringen enklere og pluggen 112 i stand til å rotere, slik at styringskilen kan føres inn i slissen på grunn av forholdet mellom låseskruene 94 og sporet 96, for å låse pluggen 12 løst på forlengelsesarmen 72.

Pluggen 12 er hul og forsynt med en plastinnsats 180 som er forsynt med et antall elektriske koblinger 182 (en vist) som er beregnet på å danne kontakt med et motsvarende ledende element (ett vist) i en motsvarende plastinnsats 186 i stikk-kontakten 20. Koblingstappen 182 er forbundet med en overgangsdel 190 i veggen til forlengelsesarmen med ei ledning 192. Overgangsdelen 190 er forbundet med fartøyet med ei ledning 50 (fig. 1) mens motdelen 186 har en undervannsforbindelse over ledninga 54. I denne utgangsposisjonen vil endeveggen 200 til innsatsen 180 og flata 202 til innsatsen 186 ikke være inngrep, med et mellomrom, slik at disse kan renses med ei dielektrisk væske. For å gjøre dette er lokket 102 ved den andre enden av forlengelsesarmen forsynt med ei ledning 204 til et overgangsledd 206 som i sin tur er koblet til en av de hydrauliske linjene 52 som strekker seg gjennom slissen 82. Tappen 104 på lokket 102 er også forsynt med en overgangsdel 210 som står i forbindelse med en overgangsdel 212 på pluggen 12 over en slange 214. Overgangsdelen 212 er forbundet med en forholdsvis trang kanal 216 som strekker seg aksialt gjennom pluggen 12 og har åpning ved tuppens endevegg 200. Dielektrisk væske blir ført gjennom lokket 104, gjennom slangen 214, ut gjennom enden på tuppen og inn i rommet mellom endeveggen 200 og flata 202 på innsatsen 186. Denne væska skylles ut mot vannet gjennom en enveis ventil 218 forbundet med dette rommet og plassert i stikk-kontaktens hus. Etter rensingen og mens forlengelsesarmen og støpslet er i denne første utskjøvne stilling, blir det høye trykket i overgangsdelen 116, som holder stemplet 112 mot trykket fra skruefjøra 102 frigjort, slik at skruefjøra kan utvides og presse pluggen 12 mot sin endestilling hvor endeveggen 200 støter mot flata 202 og danner flatekontakt med denne og kobler tappen 182 til motstykket 184.

I praksis vil den ledende koblinga, dvs. innsatsene 180 og 186, med f.eks. 45 terminaler, kreve at det dannes en anleggskraft på omtrent 170 kp mellom de to flatene 200 og 202. Hensikten med dette er å oppnå og opprettholde en effektiv tetning mellom koblingselementene og omgivelsene (sjøvann).

For å kunne oppnå dette må fjørskivene 100 monteres i forspent tilstand, slik at, 1. forspenningen er større enn den krevde motkrafta på 170 kp, for å oppnå flateanlegg mellom flatene 200 og 202. 2. Forspenning er større enn 170 kp-anlegget, så mye som kreves for at pluggen 12 og stikk-kontakten 20 i sin verste skjevstilling kan opprettholde ei anleggskraft på 170 kp på den side av fjøringene som er mest skilt.

For å oppnå en tilfredsstillende forbindelse må hele forspenningen fra pluggen 12 til stikk-kontakten 20 opprettholdes, slik at følgende gjelder: a. når pluggen 12 befinner seg i den største avstand fra stikk-kontakten 20, på grunn av toleranseavvik og bevegelser, som beskrvet ovenfor, vil skrufjøra 122 være forspent med ei kraft som utøver mer enn forspenningskrafta fra ringfjørene 110 når de er sammentrykt som beskrevet under 1 og 2 ovenfor. b. Når pluggen 12 er i sin skjeveste stilling i forhold til stikk-kontakten 20, må forspenningen være stor nok til at den mest adskilte delen av skruefjøra 122 opprettholder ei kraft som beskrevet under 1 foran. c. Sperrefjøra 142 og de tilsvarende sporene 144 og 300 må ha tilstrekkelig ekspansjonskraft, slik at den krafta som kreves for å bevege sperrefjøra ut av sitt spor er større enn den største krafta som utøves av skruefjøra 122 i tilsvarende stilling på pluggen 12 og stikk-kontakten 20.

Den krafta på 170 kp som er nevnt er bare eksempel for en forbindelse med 45 terminaler. En forbindelse med f.eks. 5 terminaler kan kreve bare ca. 50 kp i trykk-kraft, med tilsvarende dimensjonering av fjørkreftene.

Forspenningen fra skruefjøra 122 er således større enn forspenninga fra fjørskivene 100, slik at tettende flateanlegg oppnås. Dersom ytteligere belastning ønskes for å sikre opprettholdelsen av flatekontakt, kan arbeidsmedium tilføres overgangsdelen 116 slik at stempelet presses mot føringsringen 76 hvor en hydraulisk tilleggesplugg 220 (fig. 3 og 6) vil bli presset mot føringsringen slik at leddet 132 løftes av setet dersom det er nødvendig. Som vist er tilleggspluggen skrudd på stanga 124.

Claims (7)

1. Fjernstyrt elektrisk kobling for bruk under vann, med et hus beregnet for fastgjøring på en del av et undervannsutstyr, en forlengelsesarm (72) plassert inne i huset, en plugg (12) med en elektrisk terminalanordning festet til forlengelsesarmen, en stikk-kontakt (20) med motstykke til terminalanordningen, beregnet for å festes på en annen del av undervannsutstyret, idet begge deler av undervannsutstyret kan føres sammen og stilles inn i forhold til hverandre slik at forlengelsesarmen og pluggen er hovedsakelig på lineje med stikk-kontakten, karakterisert ved at den omfatter et organ (74) for å bevege forlengelsesarmen ut av huset og mot stikk-kontakten og inn i et første inngrep med denne, slik at pluggen (12) blir liggende i stikk-kontakten (20) i avstand fra bunnen (202) i denne, utstyr (212, 214, 216) for å rense enden (200) av pluggen og bunnen i stikk-kontakten og midler for å presse enden av pluggen i inngrep med bunnen i stikk-kontakten, slik at terminalanordningene på de to delene går i inngrep.

2. Elektrisk kobling i samsvar med krav 1, karakterisert ved at midlet for å presse pluggenden mot bunnen i stikk-kontakten kan drives uten bevegelse av bevegelsesarmen, fortrinnsvis ved at det omfatter et fjørorgan (122).

3. Elektrisk kobling i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det er anordnet organer (94, 96, 100) mellom pluggen (12) og forlengelsesarmen (72) for å tillate en begrenset skjevstilling mellom pluggen og stikk-kontakten ved den første innføringen, idet disse midlene fortrinnsvis omfatter et fjørorgan (100) idet styrken på det første fjørorganet er større enn på det andre.

4. Elektrisk kobling i samsvar med krav 3, karakterisert ved at det finnes et andre middel (132, 134) mellom forlengelsesarmen (72) og huset (60) for å utligne skjevstilling, fortrinnsvis i form av et universa 1ledd.

5. Elektrisk kobling i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at midlet for å bevege forlengelsesarmen ut av huset omfatter en hydraulisk sylinder, som kan trekke forlengelsesarmen tilbake inn i huset.

6. Elektrisk kobling i samsvar med krav 3, karakterisert ved at det første fjørorganet (100) holdes i inntrukket stilling inntil den første bevegelsen med et andre hydraulisk organ (110, 112) og hvor fjørorganet tillates å ekspandere ved trykkavlastning av den hydrauliske sylinderen.

7. Elektrisk kobling i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den andre hydrauliske sylinderen også kan gi ytteligere forspenning for å presse mot det andre fjørorganet (122).