NO322519B1 - Anordning ved skjøt - Google Patents

Description

Oppfinnelsen omhandler en anordning ved en skjøt, så som en sikkerhetsskjøt for et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter to teleskoperende deler som hver avgrenser en fluidkanal og som er sammenbundet ved hjelp av midler som er innrettet til å brytes ved en forhåndsbestemt oppoverrettet strekkraft, idet det i hver fluidkanal er anordnet en ventil

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å utføre fraskillelse av en skjøt.

Operasjoner i havbunnsbrønner foregår vanligvis ved at det etableres en lukket søyle som forbinder brønnen med et fartøy på overflaten som vil gi en sikker adgang til brønnen. En slik søyle betegnes vanligvis som et stigerør eller stigerørsystem og omfatter ikke bare selve røret men også flere andre innretninger som i tillegg til selve roret er nødvendig for sikker adgang til brønnen. Alle operasjoner nede i brønnen foregår gjennom stigerøret idet dette danner en barriere mellom brønnfluider og det omgivende sjøvann. Arbeidene utføres på en "levende" brønn, dvs. at brønnen er åpen helt opp til fartøyet med brønnfluider som har et trykk tilsvarende formasjonstrykket. Stigerøret må derfor være dimensjonert for å kunne motstå høye brønntrykk. Motsatt kan en ukontrollert utblåsning gjøre at stigerøret fylles med gass fra brønnen noe som vil føre til at trykket inne i stigerøret synker tilnærmet mot null.

Stigerørsystemet omfatter vanligvis en nedre stigerørspakke LRP (Lower Riser Package) med et antall ventiler for å stenge ned brønnen, og som dermed funksjonsmessig tilsvarer en boresikringsventil (BOP). Videre er anordnet en nødfrakoblingspakke EQDP (Emergency Quick Disconnect Package) og en bøyeskjøt (stress joint). I øvre ende av stigerøret, dvs i fartøyet, er vanligvis anordnet en overflate BOP. I tillegg kan stigerøret være utstyrt med bøyeledd, oppdriftselementer samt eventuelle andre innretninger for operasjoner på en havbunnsbrønn.

Når operasjoner skal gjøres på brønner plassert på større havdyp, benyttes et fartøy som holdes i riktig posisjon ved hjelp av propellere og/eller, trustere. Slike fartøy kalles dynamisk posisjonerte (DP) fartøy. Slike fartøy er svært avhengige av at alle systemer fungerer tilfredsstillende og vanlig praksis krever at de er utstyrt med flere systemer som sikkerhet mot at fartøyet ikke driver av fra sin posisjon.

Under operasjoner fra et dynamisk posisjonert fartøy vil det kunne oppstå situasjoner hvor det blir nødvendig raskt å forlate posisjonen over brønnen. Dette kan være kontrollert, såsom et varsel om forverrede værforhold gjør det nødvendig å evakuere posisjonen, eller ukontrollert,

i tilfelle noen av systemene feiler og fartøyet begynner å drive av posisjonen. En slik situasjon kan også oppstå ved plutselig dårlig vær men spesielt i situasjoner hvor fartøyets systemer ikke er i stand til å holde fartøyet i korrekt posisjon over brønnen. Konsekvensene av en slik situasjon kan være at hivkompenseringssystemet bunner ut eller at stigrøret kommer i en uakseptabel vinkel som medfører belastninger over stigerørets designlast.

Slike situasjoner kan forårsake brudd i stigerøret. I slike situasjoner er det viktig at bruddet kontrolleres, dvs. at det kommer på et sted hvor brønnens barrierer forblir intakte.

Brudd på stigerøret kan forårsake skade på fartøyet og være farlig for personell i tillegg til å kunne forårsake miljøskader, dvs. utslipp av hydrokarboner, hydraulisk fluid elle lignende. Dette kan skje på grunn av energien i det strekte stigerør og innholdet i stigerøret. En kompliserende faktor vil være til stede dersom stigerøret har et innvendig trykk med et ustabilisert fluid eller en blanding av gass og fluid. Fluidet som da strømmer ut av stigerørets nedre ende vil forårsake en oppoverrettet kraft som søker å presse stigerøret opp i riggen mot hivkompenseringen og dermed gjøre situasjonen mer ustabil. I sin ytterste konsekvens kan stigerøret presses oppover med en slik kraft at utstyret i fartøyet påføres store skader og til og med havarere. En slik situasjon kan også medføre tap av menneskeliv.

Det er tidligere kjent å utstyre rør med en sikkerhetsskjøt som brytes dersom røret blir utsatt for et strekk over en forhåndsbestemt verdi. Disse omfatter skjærpinner som brytes ved et strekk i røret. Man kan dermed kontrollere hvor bruddet skjer og lokalisere dette til et område som gir minst mulig skade på utstyr. Imidlertid, fordi stigerøret har et høyt indre trykk, kan fremdeles farlige situasjoner oppstå som nevnt ovenfor.

Det er også tidligere kjent å anordne ventiler i en sikkerhetsskjøt slik at kanalen lukkes når skjøten brytes. IWO 2004/055316 er vist og beskrevet en arbeidsstreng som strekker seg gjennom et stigerør og ned i en brønn. Arbeidsstrengen er innrettet til å brytes ved en bestemt oppoverrettet kraft og omfatter ventiler som lukker fluidkanalene over hhv under bruddskjøten. Ventilene holdes åpne ved hjelp av hydraulisk trykk men er utstyrt med retur fjærer som aktuerer ventilen til lukning når det hydrauliske trykk forsvinner. Ved brudd brytes også den hydrauliske tilførselsledmng slik at trykket i ledningen synker. Ulempen ved denne utførelsen er at det må anordnes hydrauliske forbindelseslinjer fira overflaten og at det må opprettholdes et hydraulisk trykk under arbeidsoperasjonene. Dersom dette trykket av en eller annen grunn skulle bli borte, f eks ved svikt i systemet, vil ventilene lukkes unødvendig å kunne skape forstyrrelser eller til og med farlige situasjoner.

Ett annet eksempel på tekinkkens stand er WO 01/86110 som omhandler en anordning for frakobling av en øvre del av et stigerør fra en nedre del som er forbundet med, eller er nedstøpt i, et rør i grunnen. Prosedyren og mekanismen for å skille de to delene fra hverandre er relativt komplisert og medfører en del operasjonelle trinn som må gjøres i korrekt rekkefølge. Det viktigste momentet her er at for å frakoble de to delene må den øvre delen av stigerøret først strekkavlastes (eller til og med gå i kompresjon (se side 30,1. avsnitt) for å frigjøre låsemekanismene og deretter settes under strekk igjen for å trekke den øvre delen av stigerøret ut fra den nedre delen. Det må således foretas en aktiv handling for å utløse låsemekanismen før frakoblingen. Ulempen ved denne er at i en nødssituasjon, hvor plattformen driver av sin posisjon, kan det oppstå en situasjon hvor det blir umulig å avlaste strekket i stigerøret, rett og slett fordi det da verken er handlingsrom eller fysisk mulig å utføre en slik handling. Det sier seg selv at i et slikt tilfelle vil strekkbelastningen øke og, dersom svekningsledd ikke er tilsted, vil stigerøret rett og slett brekke.

Oppfinnelsen søker å avhjelpe dette problemet ved å utstyre skjøten med midler for aktuering av ventilene, hvilke midler aktueres ved hjelp av energien i strekkraften.

Med dette oppnås at man ikke er avhengig av en ekstern kraftkilde for å aktuere ventilene under fraskillelsen. Lukking av ventilene kan dermed effektueres automatisk og man unngår dermed at personell på en plattform må foreta aktive handliner i en stresset nødssituasjon.

Fordelaktig omfatter midlene skjærelementer til avskjæring av et rør, vaier eller kabel som befinner seg i passasjen.

De nevnte midler aktueres ved hjelp av kraften som stigerøret utsettes for under fraskillelsen ved at en overføring anordnet i den ene del av skjøten benyttes til å aktuere lukkemidlene i den andre del.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger hvor

Fig. 1 er en tegning, delvis i snitt, av en skjøt i henhold til en første utførelse av oppfinnelsen, Fig. 2 er en tegning, delvis i snitt, av en skjøt i henhold til en andre utførelse av oppfinnelsen, Fig. 3 er en tegning, delvis i snitt, av en skjøt i henhold til en tredje utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 4 viser en detalj ved mekanismen i fig. 1

I fig. 1 er vist en skjøt 10 som utgjør en del av et rørsystem. Den kan være utformet som en innsatsdel med koblingsender 12,14 for innkobling i et stigerør, spesielt et arbeidsstigerør. Skjøten har en akse 16 som er innrettet med det øvrige rørs akse.

Skjøten omfatter en øvre teleskopdel 20 som avgrenser en fluidkanal 13 og som i sin ene ende har en flens 12. En nedre teleskopdel 40 avgrenser en fluidkanal 15 og har i sin ene ende en flens 14. Den nedre del har et parti 17 med en utvidet diameter av passasjen 15, til mottak av en rørstuss 22 som utgjør en del av den øvre teleskopdel. Mellom huset 40 og rørstussen 22 er anordnet tetningselementer (ikke vist). Rørstussen 22 er løsbart fastholdt i huset 20 ved hjelp av midler som er innrettet til å bytes eller skjæres av når de blir utsatt for en forhåndsbestemt kraft. Eksempelvis kan midlene være i form av bruddpinner 32,34.

Fordelaktig er det også i forbindelsen anordnet et flytende stempel for trykkutUgning når skjøten brytes, slik det er nærmere beskrevet i vår samtidige søknad nr. 2004, inngitt den 10. september 2004.

Fordelaktig er det også anordnet en bøyebegrenser for å minske påkjenningene på stigerøret under vanlig bruk, noe som er vel kjent. Det kan eksempelvis være en gummihylse som også er nærmere beskrevet i ovennevnte tidligere inngitte søknad.

Når stigerøret utsettes for et strekk utover en forhåndsbestemt verdi vil bruddpinnene 32 og 34 ryke slik at den øvre del 20 kan separeres fra den nedre del 40. Bruddpinnene er innrettet til å brytes ved et oppoverrettet strekk.

I hver av husdelene 20,40 er anordnet ventiler 21, resp. 41 i form av motsatt rettede lukkestempler (engelsk: "rams") som, når stemplene føres mot hverandre, er innrettet til å lukke passasjen 16. Da ventilene er identiske vil kun den nedre ventil 41 bli beskrevet i nærmere detalj idet det skal forstås slik at den øvre ventil 21 inneholder tilsvarende deler. Ventilen 41 kan, slik det er vist på fig. 1 være maskinert i ett stykke med teleskopdelen 40 slik at den er i form av to utsikkende ventilhus 42,44. Alternativt kan ventilhusene være separate deler som er festet til teleskophuset 40 ved hjelp av bolter eller lignende. Stempelhusene 42, 44 er også identiske og anordnet symmetrisk om skjøtens senterakse 16. Det som i det følgende blir beskrevet for ventildelen 42 vil derfor ha motsvarende deler i ventildelen 44.

Ventilhuset 42 har en gjennomgående boring 43 hvis akse 44 krysser hovedpassasjens akse 16. Boringen 43 er lukket med en endeplate 45 som, ved hjelp av bolter 46 er festet til ventilhuset. 42. Endeplaten 45 har en boring 46 som er av mindre diameter enn, men aksialt innrettet med, boringen 43.1 hovedboringen 43 er forskyvbart anordnet et stempel 47 med en frontdel 50. Stempelet er forbundet med en aktuatorstang 48. Aktuatorstangen strekker seg gjennom boringen 46 i endeplaten 45 og er festet til et krysshode 49. Krysshodet 49 omfatter to gjengede boringer 51,52 til mottak av drivstenger 53,54.

I fig. 4 er ventilens stempel 47 vist i nærmere detalj. Frontdelen 50 omfatter en første utboring 71 i hvilken er anordnet en tetning 72. Det motsatte stempel 73 nar en tilsvarende tetning 74 slik at når stemplene føres mot hverandre lukkes passasjen 15. Videre er det i frontdelen 50 anordnet en kniv 75 som føres inn i en sliss 76 i det motsatte stempel 73.1 frontdelen 50 er det også anordnet en sliss 77 til mottak av en kniv 78 i det motsatte stempel 73. Knivene benyttes til å skjære av en gjenstand som befinner seg i passasjen 15 når ventilene lukkes.

Hver drivstang 53,54 strekker seg fra krysshodet 49 og over et krysshode 55 tilhørende det andre ventilhus 44. Drivstangen 53 har gjengede ender 56,57 slik at den ene enden er høyregj enget mens den andre enden er venstregjenget. Drivstangen 53 omfatter også et tannhjul 58. Et drivbelte 59 har over i hvert fall en del av sin lengde tenner og er ført over tannhjulet 58 slik at drivbeltets tenner er i inngrep med tannhjulets tenner. Drivbeltet er i sin øvre ende festet til et ankerfeste 30 på den øvre teleskopdel 20 mens dets nedre ende er løst og rullet opp slik det er vist på fig. 1.

Som også vist på fig. 1 er det anordnet ytterligere tre drivbelter hvorav kun to, 61 og 62 er vist. Drivbeltene 59 og 62 er festet i den øvre teleskopdel og anordnet på hver side av skjøten. Drivbeltet 62 står i forbindelse med et tannhjul anordnet på drivstangen 54 på amme måte som beskrevet for drivstangen 53.

Drivbeltet 61 og dets ikke viste tilsvarende på motsatt side er i sine nedre ender forankret i den nedre teleskopdel ved 60 og, tilsvarende som for ventilen 41, anordnet rundt tannhjul på drivstengene 23, hhv 24 i ventilen 21 i den øvre teleskopdel 20.

Alternativt kan det benyttes tannstenger i stedet for belter.

Når skjøten blir utsatt for et strekk som medfører at bruddpinnene 32,34 ryker, vil delene 20, 40 av skjøtene begynne å bevege seg fira hverandre. Drivbeltene som er forankret i øvre, hhv. Nedre teleskopdel vil dreie tannhjulene rundt og dermed vil drivstengene 53,54 resp. 23,24 rotere og drive krysshodene innover. Da aktuatorstengene er festet til krysshodene vil lukkestemplene føres mot hverandre til lukking av hovedpassasjen 16.

I fig. 2 er vist en andre utføringsform av oppfinnelsen. Utformingen av lukkestemplene er lik de i fig. 1 men er utstyrt med hydraulisk drevene aktuatorer. Det vil derfor i det følgende bare beskrives ventilene da de øvrige deler er identiske med skjøten vist i fig. 1.

På samme måte som beskrevet for fig. 1 omfatter hver ventil 121,141 motsatt rettede stempler som, når de føres mot hverandre er innrettet til å stenge av hovedpassasjen 16.1 denne utførelsen er også ventilene 121,141 identiske og det vil i det etterfølgende kun beskrives ventilen 141 da det skal forstås at ventilen 121 er av identisk konstruksjon.

På samme måte som vist i fig. 1 omfatter den nedre teleskopdelen 141 ventilhus 142,144 som også er identiske men speilvendt i forhold til hverandre. Ventilhuset 142 har en gjennomgående boring 143 i hvilken er glidbart anordnet et stempel 147 med en fremre ende 150. Boringen 143 er påfestet en sylinder 145 som ved hjelp av f eks bolter 146 er festet til ventilhuset 142. Sylinderen 145 er i sin andre ende lukket med en hette 171 som har en boring 146 som er av mindre diameter enn, men aksialt innrettet med, boringen 43. Til stempelet er festet en aktuatorstang 146 som i sin tur er festet til et hydraulisk drivstempel 149. En port

ISO er anordnet i aktuatoren 142. På tilsvarende måte er en port 151 anordnet i aktuatoren 144.

En stang 172 kan være festet til drivstempelet 149 og strekke seg gjennom boringen 146 til utsiden av ventilaktuatoren slik at stempelet 147 kan forskyves manuelt.

I skjøten 100 er anordnet en innretning for å tilveiebringe hydraulisk kraft til drift av ventilaktuatorene. I eksempelet vist på fig. 2 omfatter midlene et antall stempel- og sylinderanordninger anordnet symmetrisk rundt skjøten 100, hvorav kun to, 131,133 er vist på fig. 2. Anordningen 131 har et stempel 135 som er forskyvbart i et sylinderhus 136 av anordningen 131. Fra stempelet 135 strekker det seg en dnvstang 137 utover sylinderen med sin ende festet til en flens 125 på den øvre teleskopdel 120. En port 138 er anordnet i sylinderveggen henholdsvis under stempelet 135.

På tilsvarende måte omfatter anordningen 133 et stempel 145 forskyvbart i et sylinderhus 146 med porter 147 og 148.

Porten 138 står via en ledning 152 i forbindelse med porten 150 i ventilaktuatordelen 142 mens porten 147 står i forbindelse med porten 151 i aktuatordelen 144 med en ledning 154. På tilsvarende måte står porter i de andre ikke viste sylindere i forbindelse med porter i den øvre ventilen 121.

Når den øvre teleskopdel 120 trekkes ut fra den nedre teleskopdel 140 vil stempelet 135 i stempelanordningene 131 bevege seg oppover i sylinderen 136. Dette medfører et undertrykk under stempelet 135 og, via ledningen 152, et undertrykk i aktuatorsylinderen 145. Dette vil medføre at lukkestempelet 147 vil bevege seg mot skjøtens senterakse. Det tilsvarende vil skje med det andre lukkestempel i ventildelen 141 og ventilen vil dermed lukke passasjen 16.

Tilsvarende vil skje med den øvre ventilen 121.

Alternativt kan drivfluidet tas ut på oversiden av stempelet 135 via en port 139 og føres til en port (ikke vist) på baksiden av drivstempelet 149 og dermed drive lukkestempelet 147 mot lukking av ventilen ved.

I et alternativ kan sylindrene være anordnet omvendt, det vil si med holdeflensen plassert på den nedre teleskopdel 140. Alternativt kan halvparten av stempelanordningene ha motsatt rettede stempelstenger hvor halvparten er festet til flensen 125 og den halvparten festet til den nedre flens.

Lukkestempelene er fordelaktig utstyrt med skjærelementer slik at de vil være i stand til å skjære av et rør som befinner seg i passasjen 16 som vist på fig. 4.

Stempelstangen 137 er festet på en slik måte at den vil brytes når teleskopdelene er helt atskilt fra hverandre. Dette er situasjonen vist på fig. 3. De kan f eks være utstyrt med bruddpinner tilsvarende for teleskopdelen 22 eller en annen form for svekkelse.

I fig. 4 er vist en tredje utføringsform av oppfinnelsen. Det er her vist en skjøt 200 hvor kuleventiler 221,241 er anordnet i den øvre teleskopdel 120, hhv den nedre teleskopdel 140. Hver ventil har en drivtapp (ikke vist) som er forbundet med en arm 224 resp. 244. En drivstang 226 er i sin ene ende festet til drivarmen 224 og i sin nedre en festet til ventilhuset til ventilen 241 i et ankerpunkt 228. Tilsvarende er en drivstang 246 i sin ene ende festet til drivarmen 244 og i sin nedre en festet til ventilhuset til ventilen 221 i et ankerpunkt 248. En kombinert stopp- og låsemekanisme 230, hhv. 250 er anordnet for å begrense bevegelsen av armene og sørge for at ventilene holdes låst i sine lukkede stillinger.

Når skjøten blir utsatt for et strekk som medfører at bruddpinnene brytes vil delen trekkes fra hverandre. Herunder vil stengene 226,246 bevege ventilarmene slik at kulene dreier seg og ventilen lukkes. I forankringspunktene 228,248 er stengene utstyrt med midler slik at de løsner fra festet når armene 224,244 er dreid til sin ytterstilling.

Ved oppfinnelsen har man kommet frem til en løsning der man får lukket minst den ene passasje (13 eller 15) i et stigerør dersom det skjer en hendelse som medfører at skjøten brytes. Ventilene vil sørge for at trykk i stigerøret holdes inne og dermed ikke medfører farlige situasjoner. Dersom hendelsen skjer mens arbeide pågår i brønnen kan et kveilrør, vaier eller kabel som befinner seg inne i stigerøret også kunne skjæres av.

Det er ovenfor beskrevet noen utføringsformer for utøvelse av oppfinnelsen men for en fagmann vil det være klart at det finnes flere andre metoder for å aktuere ventilene. Eksempelvis kan det benyttes en kileanordning som via en overføringsmekanisme skyver lukkestemplene mot hverandre. Det vil også være åpenbart for en fagmann at den hydrauliske aktuering også kan benyttes til kuleventilene.

Skjøten kan være lokalisert hvor som helst der det er hensiktsmessig, men fordelaktig er den plassert nær enden ved havbunnen og like over skjøten for nødfrakobling. Alternativt kan skjøten være en del av nødfrakoblingsenheten, dvs. at den nedre delen av skjøten utgjør nødfrakobhngsenheten.

Claims (12)

1. Anordning ved en skjøt, så som en sikkerhetsskjøt (10; 100; 200) for et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter to teleskoperende deler (20,40; 120,140; 220,240) som hver avgrenser en fluidkanal (13, resp. 15) og som er sammenbundet ved hjelp av midler (32,34) som er innrettet til å brytes ved en forhåndsbestemt oppoverrettet strekkraft, idet det i hver fluidkanal (13, resp. 15) er anordnet en ventil, karakterisert ved at skjøten videre omfatter midler (21,41; 121,141; 221,241) for aktuering av ventilene, hvilke midler aktueres ved hjelp av energien i strekkraften.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ventilen er en kuleventil (221, 241).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at ventilen er en ventil med lukkestempler(21,41; 121,141).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at lukkestemplene omfatter skjærelementer.

5. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at aktueringsmidlene omfatter en innretning tilknyttet den ene teleskopdel som er forbundet med en ventilaktuator i den andre teleskopdel.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at aktueringsmidlene omfatter en mekanisk overføring.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at den mekaniske overføring omfatter en stangoverføring.

8. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at den mekaniske overføring omfatter en trekkanordning.

9. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at aktueringsmidlene omfatter i det minste et hydraulisk stempel.

10. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at nevnte innretning er et hydraulisk fluid.

11. Fremgangsmåte for å utføre fraskillelse av en skjøt, så som en sikkerhetsskjøt (10; 100; 200) for et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter to teleskoperende deler (20,40; 120, 140; 220,240) som hver avgrenser en fluidkanal (13,15) og som er sammenbundet ved hjelp av midler (32,34) som er innrettet til å brytes ved en bestemt aksial last, karakterisert ved at kreftene i atskillelsen anvendes til å aktivere minst en ventil for å stenge i det minste den ene passasje (13,15).

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at et rør som befinner seg i passasjen avskjæres før ventilen lukkes.