SE455212B - Forfarande vid underhall av ventiler ingaende i undervattensproduktionssystem for olja och gas - Google Patents

Description

455 212 2 På havsbottnen och runt foderrörets öppning fastsättes en anordning, kallad brunnhuvud, som bildar fundament för den bottenbaserade delen av undervattensproduktionssystemet.

Inuti foderrören placeras produktionsrören som skall leda de i regel flerfasiga fluiderna upp till ytan. Dessa fluider kan bestå av fasta partiklar, olja, vatten och gaser.

På fundamentet och runt produktionsrören monteras en i huvudsak rörformig konstruktion som bland annat uppbär ventiler förbundna med produktions- rören. Ventilerna är avsedda för flödeskontroll av de olika fluiderna.

Denna konstruktion kallas ventilträd (egentligen Christmas tree) beroende på att den rörformiga konstruktionen kan uppfattas som en stomme och de utstående Ventilerna som grenar.

På fundamentet och runt ventilträdet placeras övrig undervattensbaserad produktionsutrustning som tillsammans bildar ett produktionsträd. Detta består bland annat av styrstolpar med styrlinor för styrning och positio- nering av kringutrustning av olika slag. Kringutrustningen omfattar manöver-, styr- och hjälputrustning för ventiler, säkerhetssystem av olika slag m m.

TEKNmENs STÅNDPUNKT Det är självfallet mycket viktigt att de ventiler som användes för att styra de olika produktionsflödena är intakta. Ventilerna arbetar dock under svåra förhållanden, både vad själva fluiderna beträffar och vad omgivningen beträffar. För att säkerställa fullgod funktion måste de kunna repareras, eventuellt måste man kunna byta icke fungerande delar av venti- lerna. Ventilerna är därför i regel utförda så att de har de vitala delarna inbyggda i en utbytbar insticksenhet. Vid byte måste först den befintliga icke fungerande insticksenheten tas loss från sitt ventilhus, varefter en ny insticksenhet monteras in i ventilhuset. För att säker- ställa tillfredsställande tätning mellan ventilhus och insticksenhet appliceras relativt höga åtdragningsmoment på den mutter ~ i regel en kronmutter - som håller ihop ventilhus och insticksenhet. Vid losstagning av insticksenheten åtgår i regel ett åtminstone lika högt lossbrytnings- IHOIIIEIIÉ . 3 455 212 Eftersom ett ventilträd omfattar ett flertal ventiler vars insticksenheter kan behöva bytas, måste det verktyg som skall åstadkomma lossbrytning respektive fastdragning av kronmuttern kunna positioneras mot aktuell ventil. Det är också önskvärt att denna del av bytesförfarandet kan ske via fjärrmanövrering.

Ett exempel på en anordning för positionering av verktyg för byte av insticksenheter ges i den tidigare nämnda STU-skriften. Oljebolaget Exxon har i sitt SPS-system en manipulator som kan förflyttas på ett rälssystem förankrat i brunnhuvudets omgivande stålstruktur. Förflyttningen runt i prduktionsträdet och dithörande rörsystem sker med hjälp av en kuggstàng.

Positioneringen är fjärrmanövrerad och sker bland annat med hjälp av TV- och videokameror.

Förankrade i och inbyggda i manipulatorn finns momentavgivande anordningar dels för lossbrytning respektive fastdragning av den kronmutter som fäster ventilens insticksenhet till ventilhuset och dels för in- och urgängning av insticksenheten. Skälet till varför det är olika momentavgivande anord- ningar för att åstadkomma lossbrytnings- respektive fastdragningsmomenten och in- och urgängningsmomenten är att det skiljer mycket på storleken av dessa båda momentbehov. Det höga lossbrytnings- och fastdragningsmomentet i Exxons konstruktion. vilket alstras i nämnda manipulator, åstadkommas genom att tvà hydraulmanövrerade kolvstänger får verka mot två klackar på en roterbar ring som är i ingrepp med och som omger kronmuttern. In- och urgängningsmomentet åstadkommas i Exxons manipulator med hjälp av en snäckskruv som är i ingrepp med utvändiga splines på den omtalade roter- bara ringen. En närmare beskrivning av dessa momentavgivande anordningar ges i samband med beskrivning av känd teknik i den samtidigt härmed inläm- nade patentansökningen 860Ä507-7 rubricerad "Mutter- och skruvdragare".

Problemen med Exxons och liknande konstruktioner är flera. Manipulatorn inklusive momentavgivande anordningar samt anordningar för positionering utgöres av stora och otympliga konstruktioner som kan väga upp till flera tiotals ton. Den höga vikten medför att manipulatorn måste vara botten- baserad och att förflyttning måste ske på någon form av rälssystem. Även tillhörande kuggstångskonstruktion för förflyttning kommer därför att kräva en kraftig dimensionering, vilket också då gäller positioneringens effektbehov. Momentavgivande anordning för lossbrytning respektive fast- 455 212 “ dragning av ventilens kronmutter har också en begränsad vridrörelse- möjlighet. Att det behövs tva olika momentavgivande anordningar för att få ~ loss insticksenheten får också uppfattas som en mindre lyckad lösning.

Det har därför sedan lång tid funnits ett behov av lätta och enkelt hanterbara konstruktioner, bättre momentavgivande anordningar m m för att underlätta förfarandet vid byte av insticksenhet hos ventiler använda vid SPS-system för olje- och gasproduktion.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Förfarandet vid byte av insticksenheter hos ventiler som användes vid olje- och gasutvinning i enlighet med föreliggande uppfinning består av en sekvens av operationer som förutsätter att vissa mekaniska anordningar finns tillgängliga. Några av dessa tillhör det allmänna förrådet av meka- niska konstruktioner. Lämpliga exempel på andra behövliga konstruktioner framgår av de samtidigt härmed inlämnade patentansökningarna, vilka kommer att specificeras i samband med redogörelsen för den del av bytesförfaran- det enligt uppfinningen där de kommer till användning.

Uppfinningen är baserad på användning av en modifierad version av en mani- pulator framtagen av Deep Ocean Technology Inc, USA, beskriven bland annat i deras broschyr "Bandit", reviderad oktober l98Ü, och i ASEAS broschyr "The Bandit - a working Machine for drilling Support". Detta är en manipu- lator av lättviktstyp och behöver därför inte vara stationerad på havs- bottnen. Medelst en i manipulatorn fastspänd lyftlina kan den sänkas till havsbottnen och lyftas upp till havsytan. Med hjälp av på bottnen förank- rade styrlinor som fungerar som gejdrar styrs via gejdhållare på manipula- torn denna mot en förutbestämd plats på brunnhuvudet då manipulatorn sänkas ned. På denna förutbestämda plats skall finnas åtminstone två styr- stolpar som kan vara speciellt avsedda för manipulatorn eller kan vara styrstolpar som ingår i produktionsträdet i övrigt.

Manipulatorn skall för ett förfarande enligt uppfinningen vara monterad på en balk som i var sin ände har styrspàr för omslutning av de styrstolpar « mot vilka de föres av styrlinorna.

Inbyggd i manipulatorn finns en vagn som bland annat uppbär det verktyg - en mutterdragare - som används för lossbrytning respektive fastdragning 5 455 212 av ventilens kronmutter. Manipulator med vagn, verktyg m m skall nu pla- ceras med utgångspunkt från aktuella styrstolpar på ett sådant sätt att verktyget både i sidled och i höjdled nàgotsånär kommer rakt framför och mitt emot den ventil som skall åtgärdas. Detta kan ske genom lämplig sidledsmontering av manipulatorn pà den tidigare nämnda balken och genom att på styrstolparna placera distanshylsor så att någotsânär rätt höjd över brunnhuvudet erhålles.

På manipulatorn är också monterad en fjärrmanövrerbar teleskoparm. Efter det att manipulatorn är ungefärligt rätt placerad enligt det beskrivna förfarandet föres teleskoparmen mot och fixeras med hjälp av en hake på armen vid en ansats på ventilträdet. Teleskoparmen har därvid blivit belastbar. Den omtalade vagnen med verktyg för momentapplicering på ventilens kronmutter förflyttas nu på teleskoparmen mot aktuell ventil.

För att verktyget skall kunna äntra ventilens kronmutter krävs en noggrann positionering av detta. På vagnen finns därför också förutom det moment- avgivande verktyget två eller flera anordningar för exakt positionering, uppriktning och fasthàllning av verktyget. En lämplig anordning för ut- förande av dessa operationer är beskrivet i den samtidigt härmed inlämnade patentansökningen rubricerad "Indragande, uppriktande och fasthållande anordning" med ansökningsnummer 8605505-1.

En sådan anordning kan bestå av en mekanism med ett symmetriskt flerdelat fingergrepp, infäst i en hylsa som påverkas av en motordriven skruv, och som styres med en kamform mot en inre och en yttre kona. Vid fingerrörelse mot ventilträdet öppnas fingergreppet så att det gapar tillräckligt för att komma över en indragningskona som sitter på ventilträdet. Genom att vända fingerrörelsen fràn ventilträdet erhålles först en huvudsakligen radiell röelse av fingergreppet för greppning bakom indragningskonan. Där- efter erhålles en huvudsakligen axiell rörelse, varvid en i anordningen ingående indragningstratt dras mot konan, vilken efter ytterligare rörelse tvingas mot trattens innersta del. Därvid erhålles exakt positionering och fasthållning av uppriktningsanordningarna och det vid dessa anordningar fixerade momentavgivande verktyget.

Eftersom verktyget för momentapplicering på ventilens kronmutter nu är rätt positionerad kan denna del av bytesförfarandet ta vid. Ett lämpligt verktyg för utförande av bytesförfarandet är beskrivet i den tidigare 455 212 6 omtalade och samtidigt härmed inlämnade patentansökningen rubricerad "Mutter- och skruvdragare“. Denna består av en i ett lagerhus roterbar ring med invändiga splines för ingrepp mot kronmutterns splines och med utvändiga splines för ingrepp mot diametralt stående drivanordningar för den roterande rörelsen. Eftersom detta verktyg är fixerat mot ventilträdet via uppriktningsanordningen kommer ej teleskoparmen att belastas med några mekaniska påkänningar i samband med kronmutterns lossbrytning eller fast- dragning.

Efter det att insticksenhet med kronmutter har lossats från ventilhuset öppnas uppriktningsanordningarna och vagn med verktyg, uppriktnings- anordningar och losstagen insticksenhet ledes på den på ansatsen vilande teleskoparmen ut till manipulatorn.

Det vidare bytesförfarandet kan bestå i att manipulatorn lyftes mot ytan för avlägsnande av icke fungerande insticksenhet och i verktyget fast- spänna en ny insticksenhet. Alternativt kan i manipulatorn vara lagrad en fungerande insticksenhet som med hjälp av griparmar ingående i manipulatorn placeras i verktyget.

Monteringsförfarandet för att få den nya insticksenheten på plats består av samma sekvenser som redan beskrivits vad teleskoparm, framkörning av vagn, uppriktning och fasthållning av verktyg, momentutveckling m m beträffar.

RITNINGSBESKRVNING Förfarandet vid byte av insticksenhet skall beskrivas med hjälp av' bifogade figur. I det visade exemplet sitter på ett ventilträd 17 två stycken insticksventiler 22 och 23 med respektive kronmutter ZU och 25 samt insticksenheter 26 och 27.

Vidare visas en manipulator 1 med teleskoparm 15, 16, en vagn med indragande, uppriktande och fasthàllande anordningar 32, 33 och 3Ä samt ett momentavgivande verktyg 31.

En närmare specificering av i figuren visade delar framgår av följande beskrivning. 7 455 212 BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den principiella uppbyggnaden av den manipulator 1 som uppfinningen är baserad på framgår av bifogade figur. Den består av en parallellepiped- liknande ramkonstruktion och är höj- och sänkbar med hjälp av en ytbaserad vinda 2 och en lyftlina 3. infäst i manipulatorns överdel. Via styrlinor Ä och 5 som fungerar som gejdrar vilka löper i var sin gejdhàllare 6 och 7 infäst på manipulatorn styrs denna mot ett, beroende på vilken ventil som skall repareras, förutbestämt läge på brunnhuvudet.

Manipulatorn är fastmonterad pà en balk 8 med styrspår 9 och 10 för om- slutning av styrstolparna 11 och 12. Manipulatorn kan positioneras i höjdled med hjälp av distanshylsor 13 och 14 på styrstolparna och i sidled genom sidledsförskjutning före fastmontering pà balken.

Manipulatorn omfattar en fjärrmanövrerad teleskoparm 15 och 16 som kan föras fram mot ett ventilträd 17. Förskjutbar på teleskoparmen finns en vagn 18 som för att få en bättre överskàdlighet är visad fristående fràn armen. Vagnens upphängnings- och ledanordning i teleskoparmen utgöres av den på vagnens översida placerade skenan 19.

Som omtalat i samband med redogörelsen för uppfinningen föres teleskop- armen, med vagnen sittande kvar i manipulatorn, mot ventilträdet. Place- ringen av manipulatorn på det, relativt aktuell ventil, förutbestämda läget medger nu att en hake 20 på teleskoparmens spets kan bringas att anslutas mot en ansats 21 på ventilträdet.

I det visade exemplet enligt figuren uppbär ventilträdet åtminstone två stycken ventiler 22 och 23 med kronmuttrar ZU och 25 samt utbytbara in- sticksenheter 26 och 27. Ventilträdet är fastmonterat pà brunnhuvudet, vilket också gäller för fyra styrstolpar hörande till SPS-systemet. I figuren synes tre av styrstolparna 28, 29 och 30. Dessa styrstolpar kan i vissa utförandeformer ersätta styrstolparna 11 och 12.

Då teleskoparmens hake har kommit till ankring mot ansatsen på ventil- trädet kan vagnen 18 via spår i armen och skenan pà vagnens översida föras från manipulatorn och fram mot ventilträdet. Som det också har framgått av den principiella redogörelsen av uppfinningen innehåller vagnen anord- ningar för att dels upprikta, indraga och fasthàlla vagnen och dels ett

Claims (3)

455 212 8 verktyg 31 för lossbrytning respektive fastdragning och in- och urdragning av ventilens kronmutter. Positioneringsanordningarna är som det har framgått utformade så att de har en indragande och fasthållande funktion. I det visade exemplet enligt figuren innehåller vagnen tre stycken sådana anordningar, visade vid 32, 33 och 3ü. På ventilträdet sitter motsvarande indragningskoner 35. 36 och 37. Placeringen av ansatsen 21 och dessa koner i förhållande till ventilen 22 är sådan att när teleskoparm och vagn med respektive motstáende infäst- ningsanordningar har kommit i ingrepp så har det i vagnen sittande moment- avgivande verktyget rätt position för att kunna äntra ventilens kron- _mutter. I och med att konerna 35, 36 och 37 har kommit i ett fasthållande ingrepp upphör belastningen på teleskoparmen via hake och ansats. Mot- svarande ansats och styrkoner finns för samtliga ventiler på ventilträdet, dock ej visade för ventil 23. Genom fjärrmanövrering föres sedan momentverktyget till ingrepp mot venti- lens kronmutter varefter ett fjärrstyrt lossbrytnings- och urgängnings- moment appliceras. Därvid skruvas ventilens insticksenhet loss och kan bytas. PATENTKRAV
1. l. Förfarande vid byte av en till en insticksventil (22) ingående i ett undervattensproduktionssystem för olja och gas hörande insticksenhet (26). Förfarandet förutsätter att det finns tillgång till en manipulator (1) som - med hjälp av en lyftlina (3) kan höjas och sänkas till önskat djup - med hjälp av styrlinor (Ä, 5), verkande som gejdrar gående i på manipulatorn infästa gejdhållare (6, 7), kan positioneras till önskad plats på havsbottnen - är monterad på en balk (8) med styrspår (9, 10), vilka styrspàr är avsedda att omsluta på havsbottnen placerade styrstolpar (ll, 12) försedda med distanshylsor (13, lfl) för erhållande av rätt höjd över havsbottnen för manipulatorn ï! 9 455 212 - har en inbyggd fjärrmanövrerbar teleskoparm (15, 16) med en hake (20) vid armens ände - har en inbyggd och på teleskoparmen flyttbar vagn (18) vilken innefattar ett momentavgivande verktyg (31) och för vagn och verktyg uppriktande. indragande och fasthållande anordningar (32, 33, Sü) samt att insticksventilen med insticksenhet är monterad på ett ventilträd (17) som - har en ansats (21) för ankring av teleskoparmens hake - har styrkoner (35, 36, 37) för på vagnen befintliga uppriktande, indrag- ande och fasthàllande anordningar. Förfarandet förutsätter vidare att insticksenheten omfattar en mutter (ZH) med vilken insticksenheten skruvas fast respektive skruvas loss från insticksventilen i övrigt och att det momentavgivande verktyget är utformat så att det kommer i ingrepp med och omsluter insticksenhetens mutter. Förfarandet k ä n n e t e c k n a s a v att i tur och ordning - manipulatorn med hjälp av lyft- och styrlinorna föres ned mot havs- bottnen och positioneras via balk, styrspår. styrstolpar och distans- hylsor så att det i vagnen befintliga verktyget kommer framför den insticksventil vars insticksenhet skall bytas - manipulatorns teleskoparm föres mot ventilträdet så att armens hake ankras mot ansatsen på ventilträdet - vagnen föres mot ventilträdet - de uppriktande, indragande och fasthållande anordningarna i vagnen manövreras till ingrepp mot respektive indragningskoner på ventilträdet - det momentavgivande verktyget skjutes in mot insticksventilen så att det kommer i ingrepp med insticksenhetens mutter 455 212 10 via det momentavgivande verktyget appliceras ett lossbrytande moment på insticksenhetens mutter 1 via det momentavgivande verktyget appliceras ett moment för urgängning V.) av insticksenheten från insticksventilen i övrigt J de uppriktande, indragande och fasthàllande anordningarna i vagnen lös- göres från sina respektive indragningskoner på ventilträdet vagnen med insticksenhet föres tillbaka till manipulatorn den frikopplade insticksenheten bytes mot en ny insticksenhet vagnen med den nya insticksenheten föres mot ventilträdet de uppriktande, indragande och fasthållande anordningarna i vagnen manövreras till ingrepp mot respektive indragningskoner på ventilträdet det momentavgivande verktyget manövreras mot den kvarvarande delen av insticksventilen, varvid den nya insticksenheten skjutes in i denna via det momentavgivande verktyget appliceras ett moment på insticks- enhetens mutter för ingängning av insticksenhet via det momentavgivande verktyget appliceras ett fastdragande moment på insticksenhetens mutter det momentavgivande verktyget drages loss från insticksenhetens mutter de uppriktande, indragande och fasthållande anordningarna i vagnen lös- göres från sina respektive indragningskoner på ventilträdet vagnen föres tillbaka till manipulatorn teleskoparmens hake lossgöres från ansatsen på ventilträdet ~ teleskoparmen föres tillbaka till manipulatorn un) manipulatorn föres med hjälp av lyft- och styrlinorna upp till havsytan. 11 455 212
2. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att byte av den frikopplade insticksenheten mot en ny insticksenhet sker genom att - manipulatorn föres med hjälp av lyft- pch styrlinorna upp till havsytan - den frikopplade insticksenheten bytes mot en ny insticksenhet - manipulatorn föres med hjälp av lyft- och styrlinor ned mot havsbottnen och positioneras framför den insticksventil som skall bytas.
3. 3. Förfarande enligt patentkrav 1 och förutsättande att manipulatorn är försedd med manövrerbara griparmar och åtminstone en fungerande insticks- enhet, k ä n n e t e c k n a d a v att byte av den frikopplade in- sticksenheten mot en ny insticksenhet utföres genøm att med griparmens hjälp - den frikopplade insticksenheten lossgöres från det momentavgivande verk- tyget - en ny insticksenhet skjutes in i det momentavgivande verktyget.