NO335871B1

NO335871B1 - Undersjøisk, hydraulisk kopling med radielle tetninger på sonde

Info

Publication number: NO335871B1
Application number: NO20025761A
Authority: NO
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: Nat Coupling Co Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2015-03-09
Also published as: NO20025761L; BR0204865A; AU2002302078A1; GB2386167B; GB0226634D0; BR0204865B1; US6516831B1; GB2386167A; DE10253422A1; NO20025761D0; DE10253422B4

Abstract

Det beskrives en undersjøisk, hydraulisk kopling som har et tappelement med minst to radielle tetninger rundt sondens utvendige omkrets. Tetningene på sonden bringes i inngrep i mottakskammeret og tetningsholderen i muffekoplingselementet. Når tetningene som støttes i muffekoplingselementet er slitte eller skadet tilveiebringer tetningene på tappkoplingselementet koplingens primære forseglingsmekanisme.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører hydrauliske koplinger som anvendes under undersjøiske bore- og produksjonsapplikasjoner, samt tetninger som anvendes i disse koplingene. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en undersjøisk, hydraulisk kopling med radielle tetninger på sonden til hann- eller tappelementet.

Undersjøiske hydrauliske koplinger er gammel teknikk. Koplingene består generelt av et hann- eller tappelement og et hunn- eller muffeelement med myke tetninger tilveiebrakt inne i muffeelementet for å forsegle overgangen mellom tapp-og muffeelementene. Muffeelementet er generelt et sylindrisk legeme med en i lengderetningen forløpende boring med relativt stor diameter i den ene enden og en i lengderetningen forløpende boring med relativt liten diameter i den andre. Den lille boringen letter tilkoplingen til hydraulikkledninger, mens den store boringen inneholder myke tetninger og mottar tappdelen av koplingen. Tappelementet omfatter en sylindrisk del, eller sonde, som i den ene enden har en diameter som er omtrent lik diameteren til den store boringen i muffedelen av koplingen. Tappelementet omfatter også en forbindelse i sin andre ende for å lette tilkopling til hydraulikkledninger. Når den sylindriske andelen av tappelementet innføres i den store boringen i muffeelementet, i henhold til de forskjellige utførelsesformer av anordningen, støter de myke tetningene eller O-ringene enten mot enden eller den fremre flaten av tappelementet eller bringes til inngrep med veggen til den sylindriske sonden rundt dens ytre omkrets. Hydraulikkfluidet kan deretter strømme fritt gjennom koplingens muffe- og tappelementer, idet tetninger hindrer at strømningen unnslipper rundt skjøten og koplingen. Tapp- og muffeelementene av undersjøiske, hydrauliske koplinger er typisk festet til motstående samlerørsplater.

I noen tilfeller kan det være installert en tilbakeslags- eller rørventil i muffeelementet og også i tappelementet. Ventilene åpnes når koplingen monteres, og stenges når koplingen frigjøres for å hindre lekkasje av fluid ut av systemet som koplingen er en del av.

Tetningene som anvendes i undersjøiske, hydrauliske koplinger bør, om mulig, kunne brukes om igjen. Etter at koplingselementene er separert, kan koplingen på nytt monteres og effektivt forsegle hydraulikkfluid i de innvendige passasjene i koplingselementene og effektivt tette av mot sjøvann. Effektiviteten til tetningene er kritisk, spesielt når koplingene utsettes for høye trykk ved dyp på tusen meter eller mer.

U.S.-patentene 4 694 859 og 5 762 106 til Robert E. Smith, III, overdratt til National Coupling Co., Inc. i Stafford, Texas, beskriver undersjøiske hydrauliske koplinger som omfatter trykkaktiviserte metalltetninger som støttes i muffeelementet for å forsegle mellom tapp- og muffeelementer. En tetningsholder holder tetningen på plass i muffeelementet. Når koplingens tapp- og muffeelementer av koplingen settes under trykk, blåses ikke holderen ut gjennom boringen i muffeelementet.

U.S.-patentene 4 900 071 og 5 052 439 til Robert E. Smith, III, overdratt til National Coupling Co., Inc., beskriver undersjøiske, hydrauliske koplinger med ringformede elastomere tetninger støttet i muffeelementet av en todelt holder. Tetningen hindres i radiell bevegelse som følge av passformen med holderen. Når koplingen settes under trykk, blåses ikke tetningen ut gjennom boringen i muffeelementet.

U.S.-patentet5 232 021 til Robert E. Smith, III, overdratt til National Coupling Co., Inc., beskriver en sonde for en undersjøisk, hydraulisk kopling som omfatter minst én periferisk forløpende forsenkning i sitt ytre sylindriske legeme, for å frigjøre én eller flere radielle tetninger under innføring eller frigjøring av sonden fra mottakerstrukturen til en kopling. Frigjøring av de radielle tetningene tillater sjøvann å strømme ut fra eller inn i rommet mellom koplingselementene og derved utlikne trykk i koplingen og tetningene til sjøvannstrykket.

U.S.-patentet 5 983 934 til Robert E. Smith, III, overdratt til National Coupling Co., Inc., beskriver en undersjøisk, hydraulisk kopling med et tappelement som har et steget ytre legeme som kan innføres i et muffeelement i hvilket det holdes tre tetninger og en tredelt tetningsholderstruktur. To av tetningene bringes til inngrep med forskjellige diametre i tappelementet før ventilene i tapp- og muffeelementene åpnes.

De metalliske og/eller elastomere tetningene som er posisjonert i muffeelementet av undersjøiske, hydrauliske koplinger er konstruert for å kunne brukes om igjen. Etter gjentatte inngrep og frigjøringer av koplingselementene kan tetningene ha blitt slitt eller skadet. Det kan dannes en lekkasje vei rundt eller gjennom en slitt eller skadet tetning, slik at hydraulikkfluid kan lekke ut fra koplingen og/eller sjøvann kan komme inn i koplingen. Utskiftning av tetninger kan forårsake betydelige forsinkelser og ekstra kostnader. For å skifte ut tetningene må samlerørsplaten med muffeelementene frigjøres og bringes til overflaten, tetningene erstattes, og samlerørsplaten settes tilbake, hvorpå koplingene på nytt bringes til inngrep.

Det er ønskelig å forlenge levetiden for muffeelementer før tetningene erstattes. Det er også ønskelig å beholde muffeelementene under vann når de frigjøres fra tappelementene. Dette reduserer tidsbruken og kostnadene forbundet med tilbakehentingen. Dersom muffeelementene forblir under vann når de frigjøres, vil deres tetninger og tetningsflater eksponeres for og kunne bli skadet av salt og marin vekst.

Det er behov for en forbedret undersjøisk, hydraulisk kopling som vil eliminere eller minimalisere behovet for å hente opp muffeelementer og erstatte tetninger inneholdt deri. Det er også behov for en forbedret undersjøisk hydraulisk kopling som har et tappelement som er tilpasset og på en forseglende måte bringes i inngrep med muffeelementer som har slitte tetninger. Det er også behov for en forbedret undersjøisk, hydraulisk kopling som forlenger levetiden til muffeelementer som har slitte eller skadede tetninger.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en undersjøisk hydraulisk kopling av den ovennevnte typen omfattende tapp- og muffeelementer for fluidkommunikasjon derimellom og ventiler for å styre strømningen av fluid i hvert av elementene. Foreliggende oppfinnelse omfatter et tappelement med radielle tetninger rundt sonden. Tetningene på sonden blokkerer en potensiell lekkasjevei og tilveiebringer den primære forseglingsmekanismen mellom tapp- og muffeelementene når tetningene støttet i muffeelementet er slitt eller skadet.

De vedlagte figurene utgjør en del av den foreliggende spesifikasjonen, og er tilveiebrakt for ytterligere å demonstrere visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen kan forstås bedre ved henvisning til én eller flere av disse figurene i kombinasjon med den detaljerte beskrivelsen av spesifikke utførelsesformer som presenteres her. Fig. 1 er et seksjonssnitt av en første foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse og viser tappelementet fullt innført i muffeelementet av koplingen; Fig. 2 er et seksjonssnitt av en andre foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse og viser tappelementet fullt innført i muffeelementet av koplingen; og Fig. 3 er et seksjonssnitt av en tredje foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse og viser tappelementet fullt innført i muffeelementet av koplingen. Figur 1 viser et tappelement 10 og et muffeelement 20 i en første foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, med tappelementet fullt innført i mottakskammeret i muffeelementet. Tappelementet kan være festet til en samlerørsplate med gjenger eller andre innretninger så som festeskruer. Muffeelementet kan også være festet til en andre samlerørsplate med gjenger eller andre innretninger. Teknikker for å feste elementene til slike plater er velkjente for fagmannen.

Tappelementet omfatter et legeme 11 og en sonde 12. En innvendig boring 13 forløper fra den første enden av legemet til et konisk ventilsete 71. En rørventil er tilveiebrakt i den innvendige boringen 13 i tappelementets legeme. Rørventilen omfatter et sylindrisk ventillegeme 16 og en konisk ventilflate 17. En ventilfjær 19 spenner den koniske ventilflaten mot den lukkede, forseglede stillingen mot det koniske ventilsetet.

Den innvendige boringen 14 forløper gjennom sonden fra ventilsetet til den ledende flaten 15. Den innvendige boringen 14 i sonden har en diameter som er mindre enn den innvendige boringen 13 i legemet til tappelementet. En ventilaktuator 18 forløper fra spissen av den koniske ventilflaten og gjennom den innvendige boringen 14. Som følge av den reduserte diameteren til den innvendige boringen 14 gjennom sonden har sondens vegger tilstrekkelig tykkelse og styrke til at den kan tilveiebringes med periferiske spor 80, 81 og fortsatt stå imot høye ytre og indre trykk uten å utmattes eller deformeres. Ringformede, radielle tetninger er tilveiebrakt i de periferiske sporene rundt sondens ytre omkrets.

I en første foretrukket utførelsesform, som vist i figur 1, er det tilveiebrakt to sett av tetninger i de periferiske sporene 80, 81 rundt sonden. Det første settet av tetninger omfatter en elastomer O-ring 40 og oppbakkingsringer av teflon 42, 43. Det andre settet av tetninger omfatter en elastomer O-ring 41 og oppbakkingsringer av teflon 44, 45. I denne utførelsesformen er tetningene på sonden lokalisert aksielt mellom de innerste tetningene i mottakskammeret (dvs. metalltetningen 33 og O-ringen 34) og de ytterste tetningene i mottakskammeret (dvs. en elastomer svanehaletetning 32) når sonden er fullt innført deri. På denne måten bringes tetningene på sonden i inngrep med og danner en forsegling mellom sonden og mottakskammeret eller tetningsholderen tilveiebrakt deri. Disse tetningene på sonden tilveiebringer den primære forseglingen mellom koplingselementene dersom tetningene inneholdt i muffeelementet er slitte eller skadede.

Muffekoplingselementet omfatter et legeme 21, en innvendig boring 23 forløpende fra en første ende derav til en innvendig skulder 49 og mottakskammeret 22. En rørventilenhet er posisjonert i den innvendige boringen 23 i muffeelementet, og omfatter et sylindrisk ventillegeme 36, en konisk ventilflate 39 og en ventilaktuator 37. En ventilfjær 38 spenner den koniske ventilflaten mot den lukkede, forseglede stillingen mot et konisk ventilsete 72. En fjærkrage 35 holder ventilfjæren på plass i den innvendige boringen i muffeelementet.

En tetningsholder 30 holder ringformede tetninger 33, 34 på plass i muffeelementet. I utførelsesformen vist i figur 1, for eksempel, holder tetningsholderen trykkaktiviserte metalltetninger 33 og en elastomer O-ringstetning 34 på plass i mottakskammeret. Tetningsholderen er fortrinnsvis formet som en muffe for å gli inn i mottakskammeret og holdes på plass av en tetningsholder-låsestruktur 31 som er gjenget til muffeelementet. Låseanordninger forskjellig fra gjenger, så som låseringer eller spenneringer, kan anvendes for å låse tetningsholderen i mottakskammeret i muffeelementet. Den elastomere tetningen 32 holdes på plass mellom tetningsholderen og tetningsholderlåsestrukturen og har fortrinnsvis en svanehale-passform for å hindre implosjon av tetningen inn i mottakskammeret som følge av et lavt trykk.

Sonden til tappelementet er dimensjonert for å innføres gjennom boringen 48 i tetningsholderlåsestrukturen og tetningsholderen og inn i mottakskammeret

22 inntil den ledende flaten 15 butter mot den innvendige skulderen 49.

Figur 2 viser en andre foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. To sett av ringformede, radielle tetninger er posisjonert i periferiske spor 86, 87. Det første settet av tetninger omfatter en elastomer O-ring 50 og oppbakkingsringer av teflon 52, 53. Det andre settet av tetninger omfatter en elastomer O-ring 51 og oppbakkingsringer av teflon 58, 59. I denne utførelsesformen er ett sett av tetninger på sonden lokalisert aksielt mellom de innerste tetningene i mottakskammeret (dvs. metalltetningene 33 og O-ringen 34) og de ytterste tetningene i mottakskammeret (dvs. den elastomere svanehaletetningen 32) når sonden er helt innført deri. Det andre settet av tetninger på sonden er lokalisert aksielt mellom de ytterste tetningene i mottakskammeret (dvs. den elastomere svanehaletetningen 32) og enden av muffeelementet når sondeseksjonen er helt innført deri. Tetningene på sonden bringes i inngrep med og danner en forsegling mellom sondeseksjonen og mottakskammeret, eller med tetningsholderen og holder-låsestrukturen og tjener som de primære tetningene i koplingen når tetningene inneholdt i muffeelementet er slitt eller skadet.

Figur 3 viser oppfinnelsen ifølge en tredje foretrukket utførelsesform. I denne utførelsesformen er minst én av tetningene som støttes på sonden en ringformet, radiell trykkaktivisert metalltetning. Tetningen 63 er en slik ringformet metalltetning og holdes på plass på skulderen 67 av sonden av sondeholderen 61. Sondeholderen er festet til den gjengede delen 65 av sonden. Når sondeholderen er skrudd fast på sonden kan den skape en lett kompresjon i eller forspenne tetningen 63 før sonden innføres i mottakskammeret. En lett kompresjon eller forspenning av tetningen tvinger tetningen til å ekspandere litt radielt utover fra sonden. Dette gjør at tetningen kan bringes i inngrep i mottakskammeret eller tetningsholderen av muffeelementet før hydraulikkfluid aktiviserer med trykk forseglingen. En andre ringformet tetning 64 er tilveiebrakt på sonden mellom den ledende flaten 66 og sondeholderen. Tetningen 64 også kan være en trykkaktivisert metalltetning, eller den kan være en elastomer tetning så som en O-ring. I den tredje utførelsesformen bringes således den trykkaktiviserte metalltetningen på sonden i inngrep med og forsegler mot mottakskammeret eller tetningsholderen tilveiebrakt deri.

Claims

1. Undersjøisk hydraulisk kopling,karakterisert vedå omfatte: (a) et muffeelement (20) omfattende et legeme med en innvendig boring (23) forløpende derigjennom, en normalt lukket rørventil (36) posisjonert i boringen for å styre strømmen av hydraulikkfluid derigjennom og et mottakskammer som omfatter minst én ringformet tetning (32, 33) inneholdt deri; og (b) et tappelement (10) omfattende et legeme (11) og en sonde (12) som kan innføres i mottakskammeret, en første innvendig boring (13) gjennom legemet og en andre innvendig boring (14) gjennom sonden, idet den andre innvendige boringen har en diameter som er mindre enn den første innvendige boringen, en normalt lukket rørventil (16, 17) i den første innvendige boringen (13) og en rørventil-aktuator som forløper gjennom den andre innvendige boringen (14), flere spor (80, 81, 86, 87) rundt sondens utvendige diameter og en radiell tetning (40, 41, 50, 51) tilveiebrakt i hvert spor.

2. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1,karakterisert vedat sonden (12) er dimensjonert for inngrep i mottakskammeret og har en utvendig omkrets, og to radielle tetninger tilveiebrakt rundt den utvendige omkretsen for forseglende inngrep med en tetningsholder (30) når sonden innføres i mottakskammeret.

3. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 2,karakterisert vedat minst en av de radielle tetningene (50) rundt sondens omkrets er lokalisert aksialt mellom den innerste ringformede tetningen (33) og den ytterste ringformede tetningen (32) når tappelementet er helt innført i mottakskammeret.

4. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge et hvilket som helst krav 1 til 3, k a r a kterisert ved at minst én av de radielle tetningene er en elastomertetning.

5. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge et hvilket som helst krav 1, k a r a k t e risert ved at minst én av de radielle tetningene er en trykkaktivisert metalltetning.

6. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge et hvilket som helst krav 1 til 3, k a r a kterisert vedå omfatte en pakningsholder (30) for å holde den ringformede tetningen (32) i muffeelementet (20).

7. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge et hvilket som helst krav 1 til 3, kara kterisert ved videre å omfatte rørventil-aktuatorer (18, 37) som forløper fra den første og den andre rørventilen, idet rørventil-aktuatoren (18) forløper fra den andre rørventilen gjennom den innvendige boringen (14) i sonden.

8. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1,karakterisert vedat den i det minste ene ringformede tetningen (32, 33) i muffeelementet (20) er en radiell tetning, og videre at muffeelementet (20) innbefatter en tetningsholder (30) for å holde hver radielle tetning i mottakskammeret.

9. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1,karakterisert vedat muffeelementet (20) har en trinnvis innvendig boring med første og andre innvendige skuldre, en første, innerste ringformet tetning posisjonert på den første innvendige skulderen, en todelt tetningsholder som er dimensjonert for å holde den første innerste ringformede tetningen på plass på den første innvendige skulderen, en andre, ytterste ringformet tetning som holdes mellom den todelte tetningsholderen.