NO872948L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en tetning for samleledning-forbindelser, og angår nærmere bestemt en U-skåltetning som aktiveres ved ekspansjon for å gi en høytrykkstetning ved en forbindelse mellom to samleledning-seksjoner.

Et viktig moment ved produksjon av fluid-hydrokarboner fra marine avsetninger ligger i å tilveiebringe et fluid-kommunika-sjonssystem fra havbunnen til overflaten etter at produksjon er etablert. Et slikt system, som vanligvis benevnes et produksjon-stigerør, omfatter vanligvis flere rørledninger gjennom hvilke ulike fluider transporteres til og fra overflaten og omfatter særskilte olje- og gassproduksjonsledninger, hydrauliske styre-ledninger o.l.

Ved montering av et typisk produksjons-stigerørsystem plasseres først et fundament på havbunnen og neddykkete samleledninger kompletteres fra undersjøiske produksjonsenheter, f.eks. enkeltbrønner, produksjons-grenrør, etc, til enkelt-koplingshoder på fundamentet. Stigerøret blir så nedsenket fra overflaten og samle-rørledninger, som bæres av stigerøret, forbindes med sine respektive koplingshoder på fundamentet for å danne enkelt-samleledninger til overflaten. På grunn av vanndybdene som slike stigerør normalt monteres i, er det upraktisk å benytte dykkere for å utføre de nødvendige koplinger ved eller nær havbunnen. Følgelig må disse koplinger kunne opprettes og løsgjøres på avstand.

Videre, ettersom disse samleledninger normalt bærer hydro-karbon-fluider, tidvis ved meget høye trykk, er det vesentlig at fjern-koplingene mellom samleledningene blir tilfredsstillende avtettet slik at de ikke lekker under drift. Dette krever en tetningsanordning som kan bæres av en fjern-kopling på samleledningen som aktiveres når forbindelsen opprettes mellom samleledning-seks joner for å danne en meget pålitelig mellomliggende tetning. De fleste kjente tetninger for slike forbindelser er basert på sammentrykning for å bevirke den ønskede tetningsvirk-ning og selv om mange slike tetninger har vist seg tilfredsstillende, er der fortsatt behov for en tetning som bedre kan leve opp til de rigorøse krav til forlenget bruk i slikt miljø.

Følgelig tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en tetningsanordning for tetning av en forbindelse mellom et muffe element på en første samleledning og et tappelement på en andre samleledning, hvilken tetningsanordning omfatter en ringformet metalltetning som er innrettet til å plasseres rundt tappelementet og i muffeelementet og har et ringformet spor i og rundt sin øvre overflate for derved å danne en tetning som har en hoveddel og to ben som danner en tetning som har et U-formet tverrsnitt hvor de indre partier av benenes øvre overflater avsmalner innad og nedad i en vinkel, og en adapter-belastningsring som har et neseparti innrettet til å passe forskyvbart og tettsittende i det ringformete spor med nesepartiets nedre ende nesten i berøring med tetningshoveddelen i sporet hvor de øvre, ytre overflater av ekspanderings-belastningsringens neseparti avsmalner oppad og utad med stort sett samme vinkel som vinkelen til benenes øvre overflater hvorved de avsmalnende overflater sammenpasser med hverandre når nesepartiet er i sporet hvorved bevegelse av ekspanderingsringen inn i sporet ekspanderer ett av benene utad mot muffeelementet og det andre ben innad mot tappelementet og bunnen av nesepartiet berører hoveddelen for plastisk å deformere tetningen mellom tapp- og muffeelementene.

Den virkelige konstruksjon, operasjon, og de klare fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bedre forstås ved henvisning til tegningen hvor like henvisningstall angir like deler r>g hvor: Figur 1 er et snitt gjennom et typisk marint stigerørfunda-ment og samleledning-kopling hvor foreliggende oppfinnelse kan være innbefattet, Figur 2A er et snitt gjennom samleledning-koplingen på figur 1 i en åpen eller ulåst posisjon, Figur 2B er et snitt gjennom samlelednings-koplingen på figur 2A i en lukket eller låst posisjon. Figur 3 er et utspredt snitt gjennom metall-U-skåltetningen og ekspanderingsbelastningsringen ifølge foreliggende oppfinnelse, og Figur 4 er et partialt, snitt gjennom ekspanderingsbelastningsringen og metalltetningen på figur 3 i en sammensatt men uaktivert posisjon.

For bedre å forstå fordelene med foreliggende oppfinnelse skal en kort beskrivelse av et typisk miljø hvor tetningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse trolig vil finne betydelig anvendelse først bli gitt. Idet det henvises nærmere til tegningene viser figur 1 et marint stigerørfundament 15 som på forhånd er anordnet på en sjøbunn 16. Som vist består fundamentet 15 av en plate 22 med en dor 23 som er begravet i bunnen 16 og strekker seg oppad gjennom platen 22 og er innrettet til å oppta en hydraulisk kopling 24 som er opplagret på nedre ende av en stigerør-kjerneledning 25 for å feste stigerørkjernen til fundamentet 15. Som det vil forstås strekker stigerørkjernen 25 seg oppad mot overflaten og bærer et antall perifere eller første rundtløpende samleledninger 21 (hvorav bare én er vist) ved hjelp av innbyrdes adskilte føringer e.l. (ikke vist). En omvendt, kjegleformet dekkplate 26 er festet til doren 23 og strekker seg ut over et antall koplingshoder 27 (hvorav bare ett er vist) på platen 22. Hvert koplingshode 27 er innrettet til å kompletteres til en undervannsproduksjon- eller andre samleledning (ikke vist) som fører til en undervanns produksjonskilde eller til et undervannsstyre- eller eventuelt tilførselssystem. En orientert, omvendt trakt 28 rager ned fra koplingen 24 for samvirkning med dekkplaten 26 når stigerøret er montert på fundamentet 15 og stolper 29 på platen 22 samvirker med føringer 30 på trakten 28 til hjelp ved den avsluttende orientering. Samleledning-føringer 31 og åpninger 32 i henholdsvis trakten 28 og dekkplater 26 er vertikalt innrettet på linje slik at periferi-samleledningen 21 kan føres ned gjennom disse og forbindes med hodet 27 på platen 22 ved hjelp av en samleledning-forbindelse 33 i hvilken tetningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er montert. For ytterligere detaljer ved fundamentet 15 og stigerør-koplingsan-ordningen vist i figur 1 og dennes funksjon, se US patent 4.673.313.

Det skal forstås at forbindelsen mellom samleledningen 21 og koplingshodet 27 må være tett forseglet for å hindre lekkasje mellom disse deler når strømning påbegynnes. For å oppnå dette må samleledning-koplingen 33 omfatte en tetningsanordning som vil gi en pålitelig fluidtett tetning mellom koplingen og hodet 27 når koplingen 33 er opprettet.

I figur 2A og 2B er en typisk samleledning-kopling 33 som innbefatter tetningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse vist og består av et muffeelement 34 og tappelement 35 med en gjennomgående boring 35a. Tappelementet 35 utgjør en del av koplingshodet 27 på fundamentet 15. Muffeelementet 34 består av et hult hus 36 som er innrettet til å festes til nedre ende av en første samleledning 21. I husets 36 boring 36a er der plassert en låsering 37 som er laget av fjærstål e.l. Ringen 37 har en innebygget spenning som spenner den mot en ekspandert eller åpen stilling som vist i figur 2A, men er delt på ett sted slik at den kan sammentrykkes til en låst eller lukket stilling (figur 2B) slik det skal ytterligere forklares nedenfor. Låseringen 37 har et antall knaster 38 som samvirker med et antall ringformete spor 39 i tappelementet 35 når ringen 37 føres til en låst stilling.

I husets 36 boring 36a over låseringen 37 er der forskyvbart plassert en aktuatorhylse 50 som i sin tur har et kileparti 51 som er innrettet til å samvirke med ringens 37 ytre overflate for å bevege ringen 37 innad når hylsen 50 beveges nedad. Hylsen 50 er ved sin øvre ende gjenget til en spennhylse-hoveddel 52. Spennhylse-hoveddelens øvre parti er ved sagsnitt delt i enkelt-spennstykker 53 som i sin tur har en innebygget spenning som spenner den utad, men har tilstrekkelig bøyelighet til å tillate innadbevegelse mot boringens 36a lengdeakse. Hvert spennstykke 53 har en sperreskulder 54 ved sin øvre ytre periferi som samvirker med et ringformet sperrespor 55 i huset 36 fer å holde aktuatorhylsen 50 i dens åpne eller oppadvendte stilling inntil koplingen 33 skal ansettes og låses. Hvert spennstykke 53 har også palskuldre 56 på sin ytre periferi og gir avstand under sperreskulderen 55, idet nevnte palskuldre 56 er innrettet til å samvirke med én av et antall ringformete palspor 57 som er utformet i husets 36 boring 36a for et formål som er beskrevet nedenfor.

Hvert spennstykke 53 har også en indre, nedad- og innad-skrånende utløsningsflate 58 for inngrep med en oppad- og utad-skrånende flate 62 på en skiftehylse 60 for å frigjøre palskul-deren 56 fra sporene 57 når hylsen 60 beveges oppad i forhold til spennhylse-hoveddelen 52 under frigjøring av koplingen 33. En manipulatormutter 41 er innskrudd i nedre ende av muffeelementet 34 og bærer en tetningsanordning 70 i ringformet spor 42 i sin øvre overflate.

For å opprette koplingen 33 plasseres et fjernbart verktøy (ikke vist) i muffeelementets 34 boring og fluidtrykk innføres i denne for å bevege aktuatorhylsen 50 nedad til kam-sperreskuld-rene 54 på spennstykkene 53 ut av sporene 57. Derved kan kilen 51 beveges nedad for å tvinge låseringen 37 innad til inngrep med knastene 38 i sporene 39 på tappelementet 35. Når spennstykkene 53 beveger seg nedad kommer palskuldrene 56 i inngrep med palsporene for å låse aktuatorhylsen 50 i dens nederste stilling. Detaljene ved koplingen 33 og dennes virkemåte som hittil beskrevet er i hovedtrekkene de samme som utførlig beskrevet i US patent 4.661.016. Det eneste unntak ligger i foreliggende tetningsanordning 70 som nå skal forklares nærmere.

Tetningsanordningen 70 ifølge foreliggende oppfinnelse består av en ringformet U-skåltetning 72 av metall og en ekspansjons-belastningsring 71. U-skåltetningen 72 består av en forholdsvis bløt metallring 75, f.eks. 316 syrefast stål, 160 BHT (Brinell hardhetstall) maksimum, med en innerdiameter noe større, men i det vesentlige lik den utvendige diameter av rørelementet som skal avtettes, f.eks. tappelementet 35. Et ringformet spor 76 er utformet i og rundt ringens 75 øvre overflate og strekker seg innad til en dybde omtrent lik det halve av ringens 75 totale lengde for derved å frembringe en U-fermet tverrsnittsform med en bunn 77 og to "ben" 78. Begge benenes 78 øvre overflater 79 avsmalner innad og nedad med en vinkel alfa, f.eks. 30°. Fortrinnsvis er et ringformet spor 80 anordnet i ringens 75 yttervegg for å danne en ytterleppe 81 og ringens 75 innervegg er maskinert for å danne en innerleppe 82 på denne. Et enkelt, smalt, radialt spor 83 (prikkete linjer i figur 3) er anordnet i ringens 75 nedre overflate av årsaker som skal forklares senere.

Ekspansjonsringen 71 består av en metallring 84 som har et enhetlig neseparti 85, mellomliggende avtrappet parti 86, og et øvre parti 87. Både inner- og ytterveggene 88 til ringen 84 avsmalner oppad og utad mellom nesepartiet 85 og mellompartiet 86 med samme vinkel alfa som U-skåltetningens 72 overflater 79. Bredden av nesepartiet 85 er bare noe mindre enn bredden av sporet 76 i ringen 75, slik at den kan forskyves tettsittende i sporet. En enkelt, radial kanal 89 er utformet gjennom mellompartiet 86 og står i forbindelse med den vertikale kanal 90 gjennom nesepartiet 85 av en grunn som forklares senere. Et enkelt radialt spor 91 er utformet tvers over nesepartiets 85 nedre overflate og kommuniserer med den vertikale kanal 90.

Som vist i figur 2A er tetningsanordningen montert i koplingen 33 med ekspansjons-belastningsringen 71 under og i berøring med låseringen 37. U-skåltetningen 72 er plassert i sporet 42 i mutteren 41 som i sin tur er innskrudd i nedre ende av muffeelementet 34. Etter montering er ekspansjons-belastningsringens 71 neseparti 85 beliggende i U-skåltetningens 72 spor 76 med ekspansjons-belastningsringens 71 avsmalnende overflater 88 hvilende på U-skåltetningens 72 avsmalnende overflater 79 (figur 4). I denne stilling er der meget liten klaring, f.eks. 0,75 mm, mellom bunnen av neseseksjonen 85 og toppen av sporet 76.

Som ovenfor forklart, når koplingen 33 opprettes, beveger kilen 51 seg nedad hvorunder den tvinger låseringen 37 innad og ekspansjons-belastningsringen 71 nedad. Når ringen 71 beveger seg nedad under belastning, vil overflatene 88 på ringen 71 reagere med overflatene 79 på U-skåltetningen 72 for å tvinge inner- og ytterbenene 78 utad mot henholdsvis tappelementet 35 og muffeelementet 34. Som følge av U-skåltetningens 72 konstruksjon vil ekspansjonsringens 71 nedadbevegelre, i tillegg til ekspan-sjonskreftene, også utvikle en nedadrettet trykkraft i benene 78 og mot bunnen 77 av tetningen 72 og derved bevirke plastisk deformasjon og brinelling av metalltetningen mellom tetningen og dens tilstøtende overflater. Ettersom nedadbevegelse av ekspansjonsringen 71 er begrenset, påtrykkes en meget stor belastnings-kraft ned gjennom U-skåltetningens 72 ben 78 og bunn 77, som i sin tur overfører disse krefter parallelt med samleledningens senterlinje. Dessuten, ettersom tetningen 72 deformeres plastisk når den aktiveres, vil den opprettholde sin tetningseffekt selv om forholdene søker å bevege ekspansjonsringen 71 tilbake opp fra U-skåltetningen 72.

Når ekspansjonsringen 71 beveger seg nedad inn i tetningens 72 spor 76, vil eventuelle fluider i sporet under nesepartiet 85 strømme gjennom sporet 91 og kanalene 90, 89 og strømme ut over tetningen 72 og rundt ekspansjonsringens 71 mellomparti 86. Videre virker det radiale spor 83 i tetningens 72 nedre overflate til å gi avløp for fluider som er innesluttet under tetningsringen, slik at man får fast, metallisk kontakt mellom tetningsringen 72 og manipulatormutterens 41 spor 42.

Selv om foreliggende tetningsanordning 70 er beskrevet i forbindelse med bruk i et undervannsmiljø og som en del av kopling 33, skal det forstås at tetningsanordningen 70 kan anvendes med koplinger av konstruksjoner forskjellige fra den til koplingen 33, og kan anvendes overalt hvor det er behov for en samleledning-forbindelse lik den som er vist.

Claims (12)

1. Tetningsanordning for tetning av en forbindelse mellom et muffeelement på en første samleledning og et tappelement på en andre samleledning, karakterisert ved at den omfatte: en ringformet metalltetning innrettet til å plasseres rundt tappelementet og i muffeelementet og med et ringformet spor i og rundt sin øvre overflate for derved å tilveiebringe en tetning som har en bunn og to ben som danner en tetning som har et U-formet tverrsnitt hvor de indre partier av benenes øvre overflater avsmalner innad og nedad i en vinkel, og en adapter-belastningsring som har et neseparti innrettet til å passe forskyvbart og tettsittende i det ringformete spor med nesepartiets nedre ende nesten i berø ring med bunnen av tetningen i sporet idet de øvre, ytre overflater av ekspansjons-belastningsringens neseparti avsmalner oppad og utad med stort sett samme vinkel som den til benenes øvre overflater, idet de avsmalnende overflater samvirker når nesepartiet er i sporet, idet bevegelse av ekspansjonsringen inn i sporet ekspanderer ett av benene utad mot muffeelementet og det andre ben innad mot tappelementet og bunnen av nesepartiet berører bunnen for plastisk deformasjon av tetningen mellom tapp- og muffeelementene.

2. Tetningsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at vinkelen er lik ca. 30°.

3. Tetningsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tetningen består av metall.

4. Tetningsanordning ifølge krav 3, karakterisert ved at metallet er 316 syrefast stål, 160 BHT maks.

5. Tetningsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at ekspansjonsringen har en radial gjennomgående kanal ved et punkt over nesepartiet og en vertikal kanal gjennom nesepartiet i fluidkommunikasjon med den radiale kanal.

6. Tetningsanordning ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter: et radialt spor i ekspansjonsringens nedre overflate, som strekker seg i fluidkommunikasjon med den vertikale kanal gjennom neseseksjonen.

7. Koplingsanordning for kopling av samleledninger karakterisert ved at den omfatter: et tappelement på en av samleledningene, et muffeelement på den andre samleledning, hvilket muffeelement omfatter: et hus innrettet til å passe inn over tappelementet, en tetningsanordning som bæres av huset og omfatter: en ringformet metalltetning med en innvendig diameter noe større enn tappelementets utvendige diameter når muffeelementet er i stilling på tappelementet, hvilken tetning har et ringformet spor i og rundt den øvre overflate hvor tetningen har en bunn og to ben som danner et U-formet tverrsnittsareal hvor de indre partier av benenes øvre overflater avsmalner innad og nedad i en vinkel, en ekspansjons-belastningsring som har et neseparti innrettet til å passe forskyvbart og tettsittende i det ringformete spor med nesepartiets nedre ende nesten i berøring med bunnen av tetningen i sporet og hvor de øvre, ytre overflater av ekspansjons-belastningsringens neseparti avsmalner oppad og utad med stort sett samme vinkel som vinkelen til benenes øvre overflater idet de avsmalnende overflater samvirker, og organer for å bevege ekspansjonsringen inn i sporet i tetningen for å ekspandere ett av benene utad mot muffeelementet og det andre ben innad mot tappelementet for inngrep med bunnen i sporet for plastisk å deformere tetningen mellom tapp- og muffeelementene.

8. Kopling ifølge krav 7, karakterisert ved at vinkelen er lik 30°.

9. Koplingsanordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at dybden av sporet i tetningen er lik omtrent det halve av tetningens lengde.

10. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 7 til 9, karakterisert ved at den omfatter: en manipulatormutter som er innskrudd i nedre ende av muffeelementets hus og har et ringformet spor i sin øvre overflate for montering av den ringformete metalltetning i dette.

11. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 7 til 10, karakterisert ved at ekspansjonsbelastningsringen har en radial gjennomgående kanal ved et punkt over nesepartiet og en vertikal kanal gjennom nesepartiet i fluidkommunikasjon med den radiale kanal.

12. Koplingsanordning ifølge krav 11, karakterisert ved at den omfatter et radialt spor i ekspansjonsbelastningsringens nedre overflate i fluidkommuni-kas jon med den vertikale kanal gjennom nesepartiet.