DE69415868T2

DE69415868T2 - Kontrolleinheit zur Betätigung von Unterwasserventilen

Info

Publication number: DE69415868T2
Application number: DE69415868T
Authority: DE
Inventors: Klaus D-29342 Wienhausen Biester; Richard James Kincardineshire Scotland Ab31 3Nn Emptage; Hans Paul Aberdeen Ab2 0Ql Scotland Hopper
Original assignee: Cooper Cameron Corp
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2014-06-04
Also published as: US5456313A; EP0627544A3; BR9402184A; EP0627544A2; GB9311583D0; DE69415868D1; AU673917B2; AU6452794A; EP0627544B1; SG54110A1

Description

In Öl- und Gasfeldern sind Steuerungen, Sensoren und Ventilbetätiger in bekanner Weise über die gesamte Struktur z. B. einer Unterwasser-Fördereinrichtung verteilt. Ein bisher in Kauf genommener Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß, wenn ein Teil dieser Ausrüstung ausfällt, die gesamte Einrichtung gezogen werden muß, und dies verursacht ausgedehnte Wiederherrichtungsarbeiten und im gleichen Umfang einen Verlust an Förderzeit.
GB-A-2205877 beschreibt einen rückholbaren Betätigungsmechanismus für einen einzelnen Mengenregler eines Unterwasser-Steigrohrkopfes.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Einrichtung zur Verwendung in einem Gas- oder Ölfeld ein Kohlenwasserstoffmodul mit Fluid-Durchflußöffnungen, welche durch bewegliche Ventilteile gesteuert sind, sowie ein separates Steuermodul, welches Ventilbetätiger aufweist und so angeordnet ist, daß es in eine Position neben dem Kohlenwasserstoffmodul gebracht und in bezug zu diesem befestigt werden kann, wobei bewegliche Teile des Ventilbetätigers über eine Schnittstelle zwischen den Modulen mit den beweglichen Ventilteilen in Eingriff gebracht werden können, um die Betätigung der Ventile durch die Betätiger zu ermöglichen.
Das Steuermodul kann am Kohlenwasserstoffmodul befestigt sein, oder beide Module können auf einer gemeinsamen Basis befestigt sein.
Das Kohlenwasserstoffmodul kann viele Formen aufweisen, z. B. die eines Förderrohrkopfes, eines Verteilers, eines Separators oder eines Pumpenkopfes. Die Ventile in diesem Modul können Durchflußventile, Mengenregler oder Anschlußventile jedoch ohne deren Betätiger sein, und die Betätiger sind in dem Steuermodul getrennt angeordnet. Im einfachsten Fall sind die beweglichen Betätigerteile Stangen, welche an der Schnittstelle zwischen den Modulen so angeordnet sind, daß sie Ende an Ende mit den entsprechenden Stangen aneinanderstoßen, welche die beweglichen Ventilteile bilden. Vorzugsweise sind die Ventile ausfallsicher geschlossen, und die Ventilstangen werden durch Ausfahren der Betätigerstangen geschoben, um die entsprechenden Ventile zu öffnen.
Die Betätiger können hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Kolben oder elektrische Betätiger sein, und ein Steuermodul, das entwickelt wurde, um in einer Betriebsart angetrieben zu werden, kann verändert werden, um in einer anderen Betriebsart betrieben zu werden, z. B. kann ein elektrisches Modul ohne jegliche Veränderung des Kohlenwasserstoffmodules durch ein hydraulisches Modul ersetzt werden.
Im Falle, daß einer der Betätiger in einer Position blockiert, in welcher er über die Schnittstelle hinausragt, ist es erwünscht, daß das Steuermodul mit dem Kohlenwasserstoffmodul in solcher Weise gekoppelt ist, daß zur Abkopplung des Steuermoduls vom Kohlenwasserstoffmodul das Steuermodul eine erste Bewegung ausführt, um die Betätiger von den beweglichen Ventilteilen zu lösen, damit die Ventile schließen können, während das Steuermodul und das Kohlenwasserstoffmodul noch verbunden sind, sowie eine zweite Bewegung, um das Steuermodul von dem Kohlenwasserstoffmodul abzukoppeln. Dies sichert, daß das Steuermodul sicher entfernt werden kann, nachdem die Ventile geschlossen sind, selbst wenn die Betätiger blockiert sind.
Zusätzlich zu den Ventilbetätigern kann das Steuermodul Monitoreinrichtungen und Datenerfassungssysteme für die Ventilbetätigung enthalten. In diesem Fall kann das Steuermodul über eine Nabe mit einem Teil des Kohlenwasserstoffmoduls, welches Verbindungen zum Bohrloch oder über Verbindungskabel zu anderen Stationen aufweist, verbunden sein.
Die Vorteile, welche sich aus der Erfindung ergeben, sind zahlreich. Die zentrale Aktivierung von verschiedenen Ventilen in der Struktur eines Steigrohrkopfes oder eines anderen Kohlenwasserstoffmoduls durch Betätiger in einem getrennten Steuermodul machen es offensichtlich unnötig, diese Betätiger im Steigrohrkopf anzuordnen, so daß, wenn z. B. ein Betätiger blockieren sollte, es nur notwendig ist, das Steuermodul zu entfernen und zurückzuholen, ohne das Bohrloch verstopfen und den Steigrohrkopf ziehen zu müssen. Eine zentrale Anordnung der Steuerungen, Transmitter und Betätiger in dem Steuermodul macht Verrohrungen in dem Steigrohrkopf oder in einem anderen Kohlenwasserstoffmodul sowie viele hydraulische Kupplungen und elektrische Verbindungen unnötig.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrlochkopfes ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Beispieles eines Bohrlochkopfes;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Bohrlochkopf, wie er in Fig. 1 dargestellt ist;
die Fig. 3A, B und C sind eine Seitenansicht, eine Rückansicht und eine Draufsicht eines Beispieles eines Steuermoduls zum Einsatz mit einem Bohrlochkopf;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines bekannten Bohrlochkopfes;
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bohrlochkopfes; und
Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Ventiles zur Anwendung in einem Bohrlochkopf in offenem und geschlossenem Zustand.
Wie in Fig. 1 erkennbar ist, umfaßt der Unterwasser-Bohrlochkopf an der Schlammgrenze 3 das normale Bohrlochkopfgehäuse 4, welches konzentrische Futterrohre sowie einen Anschluß 5, der mit der Oberseite des Bohrlochkopfgehäuses durch einen Steigrohrkopf 6 innerhalb einer Rahmenkonstruktion 7 gekoppelt ist. Der Steigrohrkopf kann von dem Typ sein, welcher als "Spindel- Steigrohrkopf" bekannt ist, in welchem die Förderrohraufhängung eine seitliche Öffnung in Ausrichtung mit einer Durchflußöffnung im Steigrohrkopf aufweist, wobei die Anordnung so ist, daß, nachdem der Komplettierungsstrang durch den Bohrlochschieber gezogen wurde, der volle Zugang zum Bohrloch durch den Spindel-Steigrohrkopf möglich ist, ohne den Spindel-Steigrohrkopf entfernen zu müssen.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stellt der Spindel-Steigrohrkopf 6 ein Kohlenwasserstoffmodul dar, durch welches der Fluß der Fluide in das Bohrloch und aus dem Bohrloch gesteuert wird.
In Fig. 2 ist der Spindel-Steigrohrkopf 6 dargestellt, welcher das Kohlenwasserstoffmodul bildet, und verschiedene parallele Ventile 8 aufweist, welche ein ringförmiges Querverbindungsventil, ein ringförmiges Hauptventil, ein Förder hauptventil, ein Service-Flügelventil, ein Förder-Flügelventil und einen Mengenregler 9 umfassen können. Diese sind alle mit zueinander parallel arbeitenden Stangen 10 versehen, welche in Fig. 2 mit Stangenverlängerungen 10' dargestellt sind, so daß sie alle an der Kante der Rahmenkonstruktion 7 enden. Jedes der Ventile wird durch Druck der entsprechenden Funktionsstange 10 gegen die Wirkung einer Feder betrieben.
Fig. 1 zeigt ein Betätigersteuermodul 11, welches mit einer Seite des Steigrohrkopfes 6 gekoppelt ist. Das Betätigersteuermodul 11 ist mit vier T-Stücken 11' versehen, welche in der Draufsicht einen T-förmigen Querschnitt besitzen. Diese sind so angeordnet, daß sie vertikal in den V-Boxen 6' an der Seite des Steigrohrkopfes 6, welche mit entsprechend geformten Schlitzen versehen sind, gleiten. In Funktion wird das Betätigersteuermodul 11 an einer Aufhängungsverbindung 12 abgesenkt und mit Hilfe einer Fernbedienung in Kontakt mit dem Steigrohrkopf 6 gebracht. Das Betätigersteuermodul 11 wird durch die Rahmenkonstruktion 7 bis zu den Schlitzen der T-Stücke 11' in die V-Boxen 6' geleitet. Das Betätigersteuermodul 11 wird auf eine Basis 13 des Steigrohrkopfes 6 weiter abgesenkt, so daß es in einer Position an der Seite des Steigrohrkopfes festgeklemmt wird. Das Betätigersteuermodul 11 bildet über eine Nabe 14 oder einen Anschluß, welcher mit elektrischen und hydraulischen Schnellanschlußmechanismen versehen ist, auch Schnittstellen mit Monitoreinrichtungen und Datenerfassungssystemen für die Ventilbetätigung.
Wie insbesondere in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist, besitzt das Betätigersteuermodul 11 Betätiger 15, von denen jeder eine vorstehende Betätigerstange 16 aufweist, die in einem Pilzkopf 16' endet. Jede Stange, ist, wenn die Module verbunden sind, Ende an Ende mit einer entsprechenden Stange der Ventilbetätigerstangen 10 ausgerichtet. Die Betätiger können elektrische Betätiger sein, welche mit einem Elektromotor und einem Zahnradantrieb, ähnlich dem, welcher in US-A-4920811 dargestellt ist, versehen sind, oder hydraulische Betätiger, welche mit einer doppelt wirkenden Zylinderanordnung ausgerüstet sind. Jedes der Ventile kann dann durch Funktion des entsprechenden Betätigers vom Steuermodul geöffnet werden, wodurch die entsprechende Stange 16 vorgeschoben und dementsprechend die entsprechende Stange 10 zurückgeschoben wird.
Das erfinderische Prinzip wird am besten durch einen Vergleich der bisherigen Anordnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, mit der erfindungsgemäßen Anordnung wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, verständlich. In Fig. 4 sind die Betätiger 15A innerhalb des Steigrohrkopfes 6 vorgesehen. Ein getrenntes Steuermodul 17, welches zahlreiche hydraulische und elektrische Leitungen besitzt, ist zur Steuerung der Ventile vorgesehen. Ein separater Koaxialsteckverbinder 18 ist für die Zuführung von hydraulischer und/oder elektrischer Energie vorgesehen. Im Gegensatz dazu sind die Betätiger 15 und die verbundenen Steuerungen in Fig. 5 in dem separaten Steuermodul 11 angeordnet und mit den Betätigerstangen 16 versehen, welche mit den entsprechenden Ventilantriebsstangen 10 über die Schnittstelle zwischen dem Steuermodul 11 und dem Steigrohrkopf 6 zusammenwirken. Ein Koaxialverbinder 19 für die Zuführung von hydraulischer und/oder elektrischer Energie ist direkt am Steuermodul 11 vorgesehen.
Die Ventilbetätiger können vertikal statt horizontal wirken, und das Steuermodul kann relativ zum Kohlenwasserstoffmodul in anderer Stellung, abhängig von einer geeigneten Schnittstelle zwischen den beweglichen Teilen des Ventiles, z. B. den Stangen 10, und den beweglichen Teiles des Betätigers, z. B. den Stangen 15, aufsetzen.
Ein Ventil, welches zur Anwendung in dem Steigrohrkopf 6 geeignet ist, wird in Fig. 6 dargestellt. Das Schließelement wird durch einen Schieber 20 gebildet, welcher in der oberen Hälfte der Fig. 6 in geöffneter Position und in der unteren Hälfte der Fig. 6 in geschlossener Position dargestellt ist. Der Schieber ist mit einer Stange 21 verbunden, welche sich durch das dem Schieber 20 gegenüberliegende Ende des Ventiles nach außen erstreckt, wo sie in einem Pilzkopf 22 endet, welcher in Funktion mit einer Betätigerstange 16 zusammenwirkt. Die Stange kann mit irgendeiner Verlängerungsstange versehen sein, wie sie z. B. in Fig. 2 dargestellt ist, so daß sie bis zur Kante des Steigrohrkopfes 6 verlängert ist. Eine Feder 23 ist in einer Federhülse 24 vorgesehen, und sie ist so angeordnet, daß sie das Ventil in eine geschlossene Position drückt, wie dies in Fig. 6 unten dargestellt ist. Die Feder wird von einer teleskopierenden Buchse 25 umgeben, so daß sie nicht über den Stopper 22 hinausragt, wenn das Ventil offen ist. In dieser Weise gewährleistet die Feder, wenn die Betätigerstange 16 zurückgezogen ist, eine ausfallsicher geschlossene Funktion.
Bezüglich einer Funktionsstörung befinden sich die unzuverlässigsten Teile im Steuermodul 11, und dieses kann leicht abgekoppelt und zur Reparatur an die Oberfläche geholt werden, ohne die Funktion des Steigrohrkopfes 6 zu stören.
Wenn eine Betätigerstange 16 in einer Position blockiert werden sollte, in welcher sie sich über die Schnittstelle zwischen dem Kohlenwasserstoffmodul 16 und dem Steuermodul 11 hinaus erstreckt, muß das Steuermodul 11 zuerst vertikal so bewegt werden, daß die blockierte Betätigerstange 16 sich nicht länger im Eingriff mit der entsprechenden Funktionsstange 10 befindet, während das Modul 11 durch die Wirkung des Eingriffes zwischen den T-Stücken 11' und den V-Boxen 6' noch gegen eine horizontale Bewegung vom Steigrohrkopf 6 weg befestigt bleibt. Diese vertikale Bewegung gibt die Betätigerstange 10 frei und ermöglicht es der Feder 23, das Ventil in die geschlossene Position zu drücken. Die Betätigerstange 16 ist nun vom Steigrohrkopf getrennt, und das Steuermodul 11 kann durch eine weitere vertikale Bewegung, mit welcher die T-Stücke 11' aus den V-Boxen 6' gebracht werden, sicher entfernt werden.

Claims

1. Aufbau einer Einrichtung zur Verwendung in einem Gas- oder Ölfeld, umfassend ein Kohlenwasserstoffmodul (6) mit Fluid-Durchflußöffnungen, welche durch bewegliche Ventilteile (10) gesteuert sind, und ein separates Steuermodul (11), welches Ventilbetätiger (16) aufweist und so angeordnet ist, daß es in eine Position neben dem Kohlenwasserstoffmodul gebracht und in bezug zu diesem befestigt werden kann, wobei bewegliche Teile des Ventilbetätigers (16) über eine Schnittstelle zwischen den Modulen mit den beweglichen Ventilteilen (10) in Eingriff gebracht werden können, um die Betätigung der Ventile durch die Betätiger zu ermöglichen.

2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul am Kohlenwasserstoffmodul befestigt ist.

3. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul und das Kohlenwasserstoffmodul auf einer gemeinsamen Basis befestigt sind.

4. Aufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Betätigerteile Stangen (16) sind, welche an der Schnittstelle zwischen den Modulen (6, 11) so angeordnet sind, daß sie Ende an Ende mit den entsprechenden Stangen aufeinanderstoßen, welche die beweglichen Ventilteile (10) bilden.

5. Aufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (8) ausfallsicher geschlossen sind und die Ventilstangen (10) durch Ausfahren der Betätigerstangen (16) geschoben werden, um die entsprechenden Ventile zu öffnen.

6. Aufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (11) Monitoreinrichtungen und Datenerfassungssysteme für die Ventilbetätigung enthält.

7. Aufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (11) über eine Nabe mit einem Teil des Kohlenwasserstoffmoduls (6), welches Verbindungen zum Bohrloch oder über Verbindungskabel zu anderen Stationen aufweist, verbunden ist.

8. Aufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (11) mit dem Kohlenwasserstoffmodul (6) in solcher Weise gekoppelt ist, daß zur Abkopplung des Steuermoduls vom Kohlenwasserstoffmodul das Steuermodul eine erste Bewegung ausführt, um die Betätiger (16) von den beweglichen Ventilteilen (10) zu lösen, damit die Ventile schließen können, während das Steuermodul und das Kohlenwasserstoffmodul noch verbunden sind, sowie eine zweite Bewegung, um das Steuermodul von dem Kohlenwasserstoffmodul abzukoppeln.