DE2834033C2 - Vorrichtung zum Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen einem Unterwasserblock und einer ortsfesten Unterwasser-Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttägigen Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen einem Unterwasser-Block, insbesondere einem auf einen Unterwasser-Bohrlochkopf abgesenkten und daran anzuschließenden Ventilblock, und dem Ende einer ortsfesten Unterwasser-Rohrleitung, insbesondere einer Sammelleitung, mit einer an sich starren Verbindungsleitung, deren eines Ende an den Block angeschlossen ist und deren anderes Ende eine Steckaufnahme zum Anschluß an einen dazu komplementären und am Ende der ortsfesten Rohrleitung befestigten Steckerabschnitt trägt, und mit iner mit dem Block in Verbindung stehenden HaJteeinrichtung für die Verbindungsleitung.

ι ο Eine aus der US- PS 35 86 103 bekannte Anschluß vorrichtung der vorbeschriebenen Art umfaßt einen Anschlußkopf zum Aufsetzen auf eine nach oben gerichtete Steckaufnahme an einer unter Wasser auf dem Meeresboden neben einer Gruppe von unterseeisehen Tiefbohrungen eingerichteten Betriebs- und Bedienungseinheit bei der Ausbeutung solcher Tiefbohrungen. Zwischen dem Anschlußkopf und einem dazu vertikal beweglichen Rahmenteil ist eine querverlaufende Strebe gelenkig angeschlossen, deren Länge bei waagerechtem Verlauf dem radialen Abstand entspricht zwischen der Bedienungseinheit bzw. deren Steckaufnahme einerseits und am Rahmen gehaltener Steckaufnahmen andererseits, die auf die Bohrlochköpfe der um die Bedienungseinheit herum verteilten Erdbohrungen aufgesetzt werden. An einer unteren Gabel des Rahmens ist ein um eine senkrechte Achse schwenkbarer Querträger angehängt, an dessen Enden die Steckaufrahmen für die Bohrlochköpfe aufgehängt sind. Vom Anschlußkopf gehen Bündel flexibler Rohrleitungen aus, die oberhalb der Querstrebe um insgesamt 180° umgelenkt und bis zu den Steckaufnahmen geführt sind. Im Betrieb wird die bekannte Anschlußvorrichtung von einem Arbeitsschiff aus an Führungsseilen abgelassen und der in sich gelenkige Rahmen mit Hilfe von Hydraulikzylindern so verstellt, daß zunächst eine der Steckaufnahmen auf dem ihr zugeordneten Bohrlochkopf zu sitzen kommt, und zwar unter Ausnutzung des hierauf konzentrierten gesamten Eigengewichtes der Anschlußvorrichtung. Nach diesem Befestigungsvorgang wird mit Hilfe des gelenkigen Rahmens die zweite Steckaufnahme mit dem ihr zugeordneten Bohrlochkopf in Eingriff gebracht. Nach der so hergestellten zweifachen Halterung auf einer Seite der Anschlußvorrichtung wird mit Hilfe des gelenkigen Rahmens der Anschlußblock auf die Steckaufnahme der zentralen Betriebseinheit aufgesetzt Bei dem gesamten Anschlußvorgang spielen die biegsamen Rohrleitungen nur insoweit eine Rolle, als sie flexibel genug sein müssen, um den verschiedenen Schwenkbewegungen des Rahmens folgen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlußvorrichtung der eingangs bezeichneten Art dahingehend auszugestalten und zu verbessern, daß zur Herstellung des Anschlusses zwischen einem Bohrlochkopf und dem Ende mindestens einer eingetauchten, ortsfesten Rohrleitung die Anzahl der dafür erforderlichen Führungen sowie der gesamte bauliche Aufwand bei der Anschlußvorrichtung verringert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halteeinrichtung mit dem Block starr verbunden und zwischen einer an der Halteeinrichtung angeordneten Gelenkstelle und einer an der Verbindungsleitung angeordneten Gelenkstelle eine die Steckaufnahme der Verbindungsleitung zum Eingriff gegen den Steckerabschnitt der ortsfesten Rohrleitung führende Schubstrebe angeschlossen ist, wobei die Steckaufnahme und der Steckerabschnitt mit sich bei Beaufschlagung der Schubstrebe unter flexibler Verfor-

mung der Verbindungsleitung bezüglich der Rohrachsen selbsttätig gegeneinander ausrichtenden Oberflächen ausgestattet sind. Diese baulichen Maßnahmen sind insofern vorteilhaft, als die aufgrund der Länge der an sich starren Verbindungsleitung vorhandene Flexibilität ausgenutzt wird, um mit geringstem Aufwand und sehr einfachen Betätigungsmitteln dnen schwierigen Anschlußvorgang unter Wasser bzw. am Meeresgrund durchzuführen. Somit können die bei der vorbeschriebenen bekannten Anschlußvorrichtung notwendigen umfangreichen Seilführungen vom Arbeitsschiff bis zu den am Meeresboden angeordneten Einheiten und auch ein umfangreicher Schwenkrahmen, der durch mehrere Gelenkstellen aufwendig und anfällig ist, entfallen. Demgegenüber braucht bei der Erfindung nur das eine Ende der Verbindungsleitung direkt mit der Schubstrebe verbunden zu werden, so daß aufgrund der Verformbarkeit der Verbindungsleitung sich deren Ende bei der Verstellbewegung hinreichend genau auf die Längsachse des Steckerabschnitts der ortsfesten Rohrleitung ausrichtet. Auf diese Weise läßt sich auch die durch den Hydraulikzylinder erzeugte Verstellbewegung während des Anschhtßvorganges leicht überwachen. Einer leichten Überwachung kommt besondere Bedeutung zu, wenn die Arbeitsgänge in großer Meerestiefe und ohne die bisher üblichen Führungsvorrichtungen und -seile durchgeführt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß beim Anschlußvorgang die Steckaufnahme gegen den Steckerabschnitt sowie der Block gegen den Bohrlochkopf vertikal geführt sind, wobei die Heranführung der Steckaufnahme an den Steckerabschniii der Absenkbewegung des Blockes auf den Bohrlochkopf angepaßt ist. Folglich können beim Absenkvorgang der Anschlußvorrichtung sowohl der Ventilblock als auch die Steckaufnahme mehr oder weniger gleichzeitig an die ihnen zugeordneten Komplementärstecker herangeführt werden, ggf. auch schon mit verlängerter bzw. ausgefahrener Schubstrebe, da für die festliegende bekannte Abstandsbeziehung zwischen Bohrlochkopf und Steckerabschnitt der ortsfesten Rohrleitung einerseits der durch die an sich starre Verbindungsleitung festliegende Abstand zwischen Ventilblock und Steckerabschnitt andererseits, jedoch in Verbindung mit der Flexibilität der Verbindungsleitung ausgenutzt wird.

Zweckmäßigerweise besteht die Schubstrebe aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit, die in eingefahrenem Zustand eine derartige Länge aufweist, daß beim Anschluß des Blockes an den Bohrlochkopf die Steckaufnahme der Vcrbindungsleitung und der Steckerabschnitt der ortsfesten Rohrleitung voneinander getrennt verbleiben.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Anschlußvorrichtung so ausgebildet sein, daß die Verbindungsleitung zwischen ihren Enden in Form einer Wendel verläuft, wobei die hydraulische Einheit in eine im wesentlichen parallel zur Wendelachse verlaufende Richtung eingestellt ist, und daß die Wendel im Bereich ihres einen Endes durch die Halteeinrichtung versteift ist, wobei diese einen das erste Ende der Verbindungsleitung umgebenden starren Ansatz aufweist und am anderen Ende der Wendel die im wesentlichen parallel zur Wendelachse verlaufende Steckaufnahme befestigt ist.

Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i e. 1 eine schematische Seitenansicht einer Anschlußvorrichtung zur gleichzeitigen Verbindung des Ventilblockes mit dem Bohrlochkopf und mit dem Anschluß der Sammelleitung,

Fig.2—4 schematische Seitenansichten während verschiedener Phasen des Anschlußvorganges entsprechend verschiedener Ausfahrstellungen eines Hydraulikzylinders und

Fig.5 einen vergrößerten schematischen Längsschnitt durch die Enden der Anschlußvorrichtung und in der Rohrleitung während des Anschlußvorganges.

Da hydraulische Rohrverbinder bekannt sind, ist in F i g. 1 der Rohrverbinder 3, der dem Ventilblock 2 zur Steuerung des Bohrlochkopfes 1 zugeordnet ist, nur schematisch eingezeichnet Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf einer Basisplatte 7 eine geeignete Halteeinrichtung 8 befestigt, um das Ende einer Sammelleitung 9 mit Hilfe einer Befestigungsglieds 5 zu positionieren. An einen mit dem Ventilblock 2 starr verbundenen Ausleger 16 ist das Ende eines waagerechten flexiblen Abschnittes einer Verbindungsleitung 10 mit Hilfe einer Versteifungsstrebe 13 angeschlossen, die an der Stelle 17 gelenkig mit dem Ausleger 16 und an der Stelle 18 gelenkig mit der Rohrleitung 10 in Verbindung steht.

Der Anschluß 4 der halbstarren Verbindungsleitung 10 am Ventilblock 2 kann beliebiger geeigneter Art sein, da der Ausleger 16 starr ist und das Ende der Verbindungsleitung 10 eine gewisse Flexibilität aufweist. Positioniereinrichtungen gewährleisten eine sachgerechte Ausrichtung des Ventilblocks 2, damit das Ende 11 der Verbindungsleitung 10 und das Ende 12 der festgelegten Sammelleitung 9 Übereinander zu liegen kommen. Solche Positioniereinrichtungen sind an sich bekannt und hier nicht näher beschrieben. Ungeachtet einer sachgemäßen Ausrichtung des Ventilblockes 2 können die Achsen 14 und 15 der Rohrleitungsenden 12 bzw. 11 sich in einer gewissen Abweichung befinden, die sich verringert, wenn die aus Ventilblock 2 und dem Verbinder 3 bestehende Einheit auf das Ende der Bohrlochverrohrung 1 aufgesetzt wird. Im Laufe dieser Absenkbewegung erfolgt die Ausfluchtung der Achsen 14 und 15 der Rohrleitungsenden, wobei am Ende der Verbindungsleitung eine Steckaufnahme 11 als eigentlicher Rohrverbinder zu einem Steckerabschnitt 12 der Sammelleitung 9 sitzt.

Die miteinander in Eingriff kommenden Oberflächen von Steckaufnahme und Steckerabschnitt sind so ausgebildet, daß sie zunächst die Entfernung zwischen den Achsen 14 und 15 verringern, um sie anschließend zur Ausfluchtung zu bringen, wobei einerseits die Elastizität der Verbindungsleitung 10 ausgenutzt wird und andererseits die seitliche Aussteifung aufgrund der Gelenkstellen 17 und 18 der Versteifungsstrebe 13 sowie die vertikale Aussteifung aufgrund des Zusammenwirkens zwischen dem starren Ausleger 16 und der Versteifungsstrebe 13.

Die Steckaufnahme 11 enthält am Unterteil einen konischen Abschnitt 24, der zur ersten Annäherung der Achsen 14 und 15 dient, an den sich eine Übergangsfläehe 26 zu einem zylindrischen Abschnitt 28 anschließt, dem nach oben eine sich konisch verjüngende Gleitfläche 30 folgt. Die Höhen der zylindrischen Fläche 28 und der konischen Fläche 30 sind so gewählt, daß sie mit einer zylindrischen Fläche 33 und einer Anschlußfläehe 25 des Steckerabschnittes 12 zusammenwirken, um die voneinander abweichenden Richtungen der Achsen 14 und 15 allmählich anzunähern. Bei Betrachtung der an den Berührungsstellen A und B eingezeichneten

Reaktionskräfte Ferkennt man, daß ein den Fehlerwinkel der Ausfluchtung beseitigendes Kräftepaar erzeugt wird. Nach Ausfluchtung der Achsen 14 und 15 kommen die Sitzflächen 22 der Steckaufnahme 11 an den Sitzflächen 23 des Steckerabschnittes 12 zur Anlage.

Man erkennt, daß die konischen Anschlußflächen eine geringe Neigung haben, um die Biegebeanspruchungen der Verbindungsleitung 10 während des Vorganges der Ausrichtung der Achsen gering zu halten. Aufgrund des für die Anschlußflächen, z. B. für die Anschlußfläche 25 vorgesehenen Profils wird während des Anschlußvorganges ein Anhalten beim Hineingleiten des Rohrleitungsendes 12 in die Steckaufnahme 11 vermieden, wodurch sonst die in Berührung befindlichen Oberflächen beeinträchtigt werden könnten.

Die Anschlußfläche 26 der Steckaufnahme 11 wirkt mit der konischen Oberfläche 35 des Sieckerabschnittes 12 zusammen, um die Oberfläche 28 um die Zylinderfläche 37 herumzuführen. An den oberen Abschnitten der beiden Steckteile wirken die Zylinderflächen 27 und 42 zusammen, um zusammen mit den Oberflächen 22 und 23 eine Positionierung der Oberflächen 31 und 36 zu bewerkstelligen und um die an der Stelle 38 schematisch angedeuteten Verriegelungszapfen an Ort und Stelle zu bringen. Die Anschlußprofile 32, 34 und 40 der Steckaufnahme 11 sowie die Profile 25, 29 und die Anschlüsse der Oberflächen 31 und 33 sind ebenfalls so gewählt und bemessen, daß die Abschnitte 11 und 12 möglichst leicht ineinandergleiten und ihre endgültigen Verriegelungsstellungen einnehmen. Man braucht somit lediglich ähnliche Anschluß- bzw. Annäherungsbewegungen wie zwischen dem Ventilblock 2 und dem Bohrlochkopf 1 mit Hilfe des Rohrverbinders 3 vorzunehmen, um die Rohrleitung 10 mit Hilfe des Rohrverbinders 11 an die Sammelleitung 9 anzuschließen, indem man den miteinander zu verbindenden Bauteilen die gleiche Vertikalrichtung erteilt, so daß durch Absenken oder Heraufziehen des Ventilblocks 2 die Anschlüsse hergestellt bzw. gelöst werden. Auf diese Weise lassen sich trotz der anfänglichen Abweichungen der Lage und der Richtung zwischen den Achsen 14 und 15 sichere und abgedichtete Anschlüsse herstellen.

Die Erfahrung zeigt, daß, wenn die Abweichungen größer werden bzw. eine gewisse Bedeutung erreichen, die Flexibilität der Rohrleitung 10 erhöht werden kann, indem man ihr einen schraubenlinienförmigen Verlauf gibt, wie er für die Rohrleitung 20 in F i g. 2 gezeigt ist

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2—4 wird die erhöhte Flexibilität der Verbindungsleitung 20 ausgenutzt, um die Verbindung zwischen den Abschnitten 11 und 12 des Rohrverbinders zu erleichtern, wobei der eine Abschnitt am Ende der Verbindungsleitung 20 und der andere am Ende der Sammelleitung i9 befestigt isi, wobei die Art der Fixierungseinrichtung 45 auf der Basisplatte 21 beliebig sein kann. Der dem hydarulischen Verbinder 53 zugeordnete Ventilblock 52 ist in Fig.2—4 in seiner Anschlußstellung auf dem oberen Ende der Verrohrung des Bohrloches 1 eingezeichnet Der Ventilblock 52 trägt die halbstarre Verbindungsleitung 20, die mittels einer versteiften Muffe 46, welche die gleiche Funktion wie die Versteifungseinrichtung 16 nach Fi g; 1 ausübt, an den Anschluß 44 des Ventilblokkes herangeführt ist Auf übereinanderliegenden Windungen der gewendelfen Verbindungsleitung 20 sind Gelenkanschlüsse 47 und 48 angeordnet, an denen die Kolbenstange 51 des Hydraulikzylinders 50 bzw. das Anschlußauge 54 des Zyfinders gelenkig gehaltert sind. Die Gelenkstelle 48 kann zu einem mit der Rohrleitung 20 verbundenen Tragteil 39 gehören, während die Gelenkstelle 47 auf einer Achse 49 zwischen den Tragteilen 55 gelagert ist.

Obwohl der Ventilblock 52 bereits auf dem oberen Ende der Bohrlochkopfverrohrung 1 angeschlossen ist, befinden sich nach F i g. 2 das Ende 11 der Verbindungsleitung 20 und das Ende 12 der Sammelleitung 19 noch voneinander entfernt. Sobald der Anschluß hergestellt werden soll, wird der Hydraulikzylinder 15 über nicht ίο gezeigte Anschlußleitungen betätigt, so daß er in die Stellung nach Fig.3 gelangt, die den Zeitpunkt wiedergibt, wo aufgrund der Zentrierungswirkung der Steckaufnahme 11 der Steckerabschnitt 12 in dem zylindrischen Abschnitt 28 einzubringen beginnt. Sobald dieser Zustand erreicht worden ist, kann man den Hydraulikzylinder 50 weiter betätigen, bis er in die in Fi g. 4 gezeigte Endstellung gelangt. Durch Abstützung an der Gelenkstelle 47, die mit der starren Anschlußmuffe 46 verbunden ist, bewegt das Ende 54 des Hydraulikzylinders 50 die Steckaufnahme 11 bis über den Steckerabschnitt 12, so daß gemäß Fig.5 die Berührungsstellen A und B zwischen ihren Oberflächen die Achsen 14 und 15 zur Ausfluchtung bringen. Während dieses Vorganges der Ausfluchtung stellt sich der Hydraulikzylinder 50 um seine Anlenkstellen 47 und 48 gelenkig nach, während das untere Ende der gewendelten Verbindungsleitung 20 sich von dem mit der Verstärkungsmuffe 46 versehenen Ende entfernt. Nachdem der Anschlußvorgang zwischen den Rohrleitungsenden 11 und 12 durchgeführt worden ist, wird die Verbindung mit Hilfe der Verriegelungsnocken 38 gemäß F i g. 5 gesichert. Die dazu erforderlichen Steuerungen und Anschlüsse sind üblicher Art und daher nicht näher erläutert.

Die beschriebene Anschlußvorrichtung findet nicht nur Anwendung beim Anschließen eines einzigen Rohres oder einer einzigen Sammelleitung an eine Verbindungsleitung, sondern auch bei beliebigen Anschlüssen einzelner oder mehrfacher gruppierter Rohrleitungen, die einem Mehrfach-Rohrverbinder zugeordnet sind.

Es erübrigt sich, die Achse des Endes der Sammelleitung parallel zur Achse des Bohrloches zu legen. Wenn der Ventilblock 52 an den Bohrlochkopf 1 angeschlossen ist, kann man einen Hydraulikzylinder mit waagerechter Achse benutzen, um ein mit waagerechter Achse verlaufendes Ende der Sammelleitung an eine waagerecht verlaufende Steckaufnahme am Ende einer wendeiförmigen Verbindungsleitung anzuschließen, wobei dann die Längsachse der Wendel waagerecht verläuft Der Anschlußvorgang gleicht dann im wesentlichen dem, wie er in Verbindung mit der Ausführungsform nach F i g. 2—4 beschrieben würden ist

Darüber hinaus kann die Erfindung in allgemeinerer Form bei beliebigen Anschlüssen zwischen zwei Rohren Anwendung finden, wobei der Rohrverbinder an der halbstarren Verbindungsleitung vorzugsweise eine vertikale Achse dann: aufweist, wenn es erwünscht ist den die Verbindungsleitung tragenden Block, beispielsweise einen Ventilblock, durch einfache Vertikalbewegung zurückzuziehen und dadurch zu lösen. Unabhängig von der Richtung der Achse der Sammelleitung läßt sich in sämtlichen Fällen die Anwendung besonderer Werkzeuge oder Hilfseinrichtungen vermeiden, und darüber hinaus erübrigen sich Führungssysteme für die Absenkbewegung mit Hilfe von Seilen und Führungssäulen. Diese Vorteile erlangen insbesondere dadurch Bedeutung, daß der Anschlußvorgang in großen

Meerestiefen durchgeführt werden kann, und daß diese Anschlußart die Überführung von Werkzeugen oder Hilfsmitteln durch Pumpen ermöglicht, sofern die Krümmungsradien der Anschlußleitungen groß genug sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen einem Unterwaser-Block, insbesondere einem auf einen Unterwasser-Bohrlochkopf abgesenkten und daran anzuschließenden Ventilblock, und dem Ende einer ortsfesten Unterwasser-Rohrleitung, insbesondere einer Sammelleitung, mit einer an sich starren Verbindungsleitung, deren eines Ende an den Block angeschlossen ist und deren anderes Ende eine Steckaufnahme zum Anschluß an einen dazu komplementären und am Ende der ortsfesten Rohrleitung befestigten Steckerabschnitt trägt, und mit einer mit dem Block in Verbindung stehenden HaJteeinrichtung für die Verbindungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (16; 46) mit dem Block (2) starr verbunden und zwischen einer an der H'alteeinrichtung angeordneten Gelenkstelle (17; 47) und einer an der Verbindungsleitung (10; 20) angeordneten Gelenkstelle (18; 48) eine die Steckaufnahme (11) der Verbindungsleitung zum Eingriff gegen den Steckerabschnitt (12) der ortsfesten Rohrleitung (9; 19) führende Schubstrebe (13; 50) angeschlossen ist, wobei die Steckaufnahme (11) und der Steckerabschnitt (12) mit sich bei Beaufschlagung der Schubstrebe (13; 50) unter flexibler Verformung der Verbindungsleitung (10; 20) bezüglich der Rohrachsen (14,15) selbsttätig gegeneinander ausrichtenden Oberflächen ausgestattet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anschlußvorgang die Steckaufnahme (U) gegen den Steckerabschnitt (12) sowie der Block (2) gegen den Bohrlochkopf (1) vertikal geführt sind, wobei die Heranführung der Steckaufnahme (11) an den Steckerabschnitt (12) der Absenkbewegung des Blockes (2) auf den Bohrlochkopf (1) angepaßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstrebe (13; 50) aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit besteht, die im eingefahrenen Zustand eine derartige Länge aufweist, daß beim Anschluß des Blockes (2) an den Bohrlochkopf (1) die Steckaufnahme (11) der Verbindungsleitung (10) und der Steckerabschnitt (12) der ortsfesten Rohrleitung (9) voneinander getrennt verbleiben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (20) zwischen ihren Enden (39,49) in Form einer Wendel verläuft, wobei die hydraulische Einheit (50) in eine im wesentlichen parallel zur Wendelachse verlaufende Richtung eingestellt ist, und daß die Wendel im Bereich ihres einen Endes durch die Halteeinrichtung (46) versteift ist, wobei diese einen das erste Ende (44) der Verbindungsleitung (20) umgebenden starren Ansatz aufweist und am anderen Ende der Wendel die im wesentlichen parallel zur Wendelachse verlaufende Steckaufnahme (11) befestigt ist