NO842363L

NO842363L - CONNECTIONS FOR Ladders.

Info

Publication number: NO842363L
Application number: NO842363A
Authority: NO
Inventors: Michael Leonard Smith
Original assignee: Fmc Corp
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1984-06-13
Also published as: DE3368306D1; ATE24224T1; JPS59501676A; EP0109541B1; EP0122259A1; AU9126282A; AU555841B2; BR8305690A; EP0109541A1; CA1205741A; WO1984001610A1

Description

Oppfinnelsen angår rørkoblinger og især tilspennings-koblinger for forbindelse av en stigrørstreng med en forings-rørhenger eller annet element i et undervanns brønnhode. The invention relates to pipe couplings and in particular tensioning couplings for connecting a riser string with a casing hanger or other element in an underwater wellhead.

Olje og gass fra offshore-brønner har blitt en hoved-aktivitet for petroleumindustrien og krever teknikker og inn-retninger for tilkobling av rørstrenger til undervanns brønn-hoder for å danne ledninger mellom brønnhodene og bore- og/ eller produksjonsplattformene på havflaten. Mens dykkere kan brukes for å frembringe visse forbindelser ved relativt små havdyp, er slike operasjoner meget kostbare og omfatter uønskede risikomomenter, noe som fremtvinger utviklingen av fjernkontrollerte koblingssystemer slik at det ikke foreligger behov for dykkere. Leting etter og produksjon av olje på dypt vann og især på dybder større enn dykkere kan arbeide i praksis, har øket behove^ for brønnutstyr som kan instal-leres og benyttes utelukkende ved fjernstyring fra en over-flateanordning og kjent teknikk gjenspeiler betydelig utvik-ling innenfor dette område. Oil and gas from offshore wells has become a main activity for the petroleum industry and requires techniques and devices for connecting pipe strings to underwater wellheads to form conduits between the wellheads and the drilling and/or production platforms on the sea surface. While divers can be used to make certain connections at relatively shallow ocean depths, such operations are very expensive and involve undesirable elements of risk, forcing the development of remotely controlled connection systems so that there is no need for divers. The search for and production of oil in deep water and especially at depths greater than divers can work in practice has increased the need for well equipment that can be installed and used exclusively by remote control from a surface device and known technology reflects significant development within this area.

En av de kjente rørkoblinger for dette formål omfatter en unionmutterforbindelse med gjengede komponenter som krever rotasjon av en relativt stor ring eller hylseele-ment for å danne forbindelsen. Det er ikke bare vanskelig å få stigrøret til å flukte nøyaktig med brønnhodet for å unngå feilskjær med gjengene, det er også omstendelig å dreie ringen eller hylsen uten bistand av spesielt utstyr eller trenet personell. Et annet problem ved unionmutterkoblinger er at deres eneste skulder er meget sterkt belastet når forbindelsen er fullført og denne belastning gir seg resultat i en uønsket kort levetid før tretthet. One of the known pipe connections for this purpose comprises a union nut connection with threaded components that requires rotation of a relatively large ring or sleeve element to form the connection. Not only is it difficult to get the riser exactly flush with the wellhead to avoid miscutting with the threads, it is also cumbersome to turn the ring or sleeve without the assistance of special equipment or trained personnel. Another problem with union nut couplings is that their only shoulder is very heavily loaded when the connection is complete and this loading results in an undesirably short life before fatigue.

En annen kjent type stigrørkobling benytter en kon-struksjon av strekkfisktypen med høyre og venstre gjenger mellom en roterbar hylse og to rørelementer som skal sammen-kobles. Selv om dette prinsipp for kobling er hensiktsmessig, kreves det i praksis uønsket høye dreiemomenter for å kunne frembringe den krevede forspenning for korrekt funksjon. Another known type of riser coupling uses a construction of the tension fish type with right and left threads between a rotatable sleeve and two pipe elements to be connected. Although this principle for coupling is appropriate, in practice undesirably high torques are required to be able to produce the required bias for correct function.

Ved en tredje type stigrørkoblinger må hele stig-røret dreies for å kunne fremstille forbindelsen ved brønn-hodet. Det er ikke bare vanskelig å håndtere disse meget tunge og ofte meget lange og kompliserte rørstrenger, men rotasjon av dem kan resultere i alvorlig feilskjæring av tetningen metall mot metall som må foreligge ved brønnhodet slik at det vil kreves demontering og fjerning av stigrøret, utskifting av tetningen og et nytt forsøk for å etablere en fluidtett forbindelse. In the case of a third type of riser connections, the entire riser must be turned in order to make the connection at the wellhead. Not only is it difficult to handle these very heavy and often very long and complicated pipe strings, but their rotation can result in serious miscutting of the metal-to-metal seal that must be present at the wellhead, requiring disassembly and removal of the riser, replacement of the seal and another attempt to establish a fluid tight connection.

Den foreliggende oppfinnelsen overvinner de foran nevnte problemer og ulemper ved hjelp av en stigrørskobling med etterstramming, som har et differensiert gjengesystem som forenkler innføring, låsing og tetning av stigrøret til brønnhodet uten å dreie stigrøret og som danner en løsbar forbindelse med vesentlig mindre spenningskonsentrasjon for en gitt forspenning enn tilfellet er med en kobling av union-muttertypen. Det differensierte gjengesystem i koblingen ifølge oppfinnelsen benyttes til først å låse koblingen til brønnhodet og deretter å trekke koblingens tetningsflate aksialt til fluidtett kontakt metall mot metall mot en tetningsflate i brønnhodet, idet begge operasjoner gjennomføres uten mulighet til feilskjær eller på annen måte å beskadige tet-ningsflaten, slik tilfellet er ved forbindelse ved hjelp av relativ rotasjon. The present invention overcomes the above-mentioned problems and disadvantages by means of a riser coupling with post-tightening, which has a differentiated threading system that simplifies the introduction, locking and sealing of the riser to the wellhead without turning the riser and which forms a releasable connection with significantly less stress concentration for a given preload than is the case with a union nut type coupling. The differentiated threading system in the coupling according to the invention is used to first lock the coupling to the wellhead and then pull the coupling's sealing surface axially to fluid-tight metal-to-metal contact against a sealing surface in the wellhead, both operations being carried out without the possibility of shearing or otherwise damaging the seal ning surface, as is the case with connection by means of relative rotation.

Koblingen ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et ringformet hus som under bruk er festet til den nedre ende av stigrøret, et ringformet anleggslegeme under huset med en skulder som bringer koblingen til å ligge an mot en tilsvarende stoppskulder på brønnhodet, en roterbar hylse som er forbundet mellom huset og anleggslegemet ved hjelp av et differensiert gjengesystem, og en låsering som av hylsen utvides til å låse koblingen til brønnhodet. The coupling according to the present invention comprises an annular housing which during use is attached to the lower end of the riser, an annular mounting body under the housing with a shoulder which brings the coupling into contact with a corresponding stop shoulder on the wellhead, a rotatable sleeve which is connected between the housing and the installation body using a differentiated threading system, and a locking ring which is expanded by the sleeve to lock the connection to the wellhead.

De trinn som må gjennomføres ved bruk av denne kobling for å sammenkoble et stigrør med et brønnhode, omfatter å senke stigrøret inntil anleggslegemets skulder kommer til å hvile mot brønnhodets stoppskulder, å dreie koblingshylsen for å utvide låseringen i en passende utsparing i brønn-hodet og således låse koblingen til brønnhodet, og å dreie koblingshylsen ytterligere for å bevege huset aksialt til tettende kontakt metall mot metall med brønnhodet. Rotasjon av koblingshylsen utføres ved hjelp av et dreiemomentverktøy festet til en borerørstreng som senkes på innsiden av stig-røret og som løsbart er forbundet med hylsen, og hvor denne deretter dreies i forhold til koblingshuset, anleggslegemet og låseringen. The steps that must be completed when using this coupling to connect a riser to a wellhead include lowering the riser until the shoulder of the installation body comes to rest against the stop shoulder of the wellhead, turning the coupling sleeve to extend the locking ring into a suitable recess in the wellhead and thus locking the coupling to the wellhead, and turning the coupling sleeve further to move the housing axially into sealing metal-to-metal contact with the wellhead. Rotation of the coupling sleeve is carried out using a torque tool attached to a drill pipe string which is lowered inside the riser pipe and which is releasably connected to the sleeve, and where this is then rotated in relation to the coupling housing, the installation body and the locking ring.

I den foretrukne form av oppfinnelsen er koblingen forbundet med en føringsanordning som er festet til stigrøret for å ligge an mot brønnhodet og tjene som en sentrering for koblingens hus. Beskyttelsespakninger mellom føringsanord-ningen og brønnhodet beskytter koblingen og andre komponenter i installasjonen mot korrosjon, et verdifullt tilleggs-trekk i tilfelle det skulle bli nødvendig å demontere og fjerne stigrøret fra brønnhodet, eksempelvis dersom det kreves utskifting av ventiltreet på havbunnen. In the preferred form of the invention, the coupling is connected to a guide device which is attached to the riser to rest against the wellhead and serve as a centering for the housing of the coupling. Protective gaskets between the guide device and the wellhead protect the coupling and other components in the installation against corrosion, a valuable additional feature in case it becomes necessary to dismantle and remove the riser from the wellhead, for example if the valve tree on the seabed needs to be replaced.

Figur 1 på tegningen viser et sideriss, delvs i snitt, av en undervanns brønnhodeinstallasjon og et stigpør som er løsbart festet til denne ved hjelp av en strekkobling i henho]d til den foreliggende oppfinnelse, og figur 2 viser et forstørret delsnitt av koblingens komponenter mer detaljert. Figure 1 in the drawing shows a side view, partly in section, of an underwater wellhead installation and a riser which is releasably attached to this by means of a tie-line in accordance with the present invention, and figure 2 shows an enlarged partial section of the coupling's components more detailed.

Strekkoblingsanordningen 8 på figur 1 forbinder en undervanns brønnhodeanordning 10 med et stigrør 12. Brønn-hodeanordningen omfatter en boremal 14, en føringsanordning 16, føringssøyler 18 som er festet til boremalen 14 og før-ingskabler 20 for forankring, som strekker seg til boreplatt-formen (ikke vist) på overflaten, et hus 22 for føringsrøret er montert på toppen av et føringsrør 24, et brønnhode 26 anordnet i og opplagret på føringsrørhuset 22, en første eller ytre føringsrørhenger 28 som understøttes av brønnhodet 26 nær dettes nedre ende, og en andre eller indre føringsrør-henger 30 som også understøttes i brønnhodet 26. The line coupling device 8 in Figure 1 connects an underwater wellhead device 10 with a riser 12. The wellhead device comprises a drill template 14, a guide device 16, guide columns 18 which are attached to the drill template 14 and guide cables 20 for anchoring, which extend to the drill plate form (not shown) on the surface, a casing 22 for the guide pipe is mounted on top of a guide pipe 24, a wellhead 26 arranged in and supported on the guide pipe housing 22, a first or outer guide pipe hanger 28 which is supported by the wellhead 26 near its lower end, and a second or inner guide pipe hanger 30 which is also supported in the wellhead 26.

Den andre føringsrørhenger 30 er låst til brønnhodet 26 med en 1åseanordning 34 som også benyttes for å overføre stigrørets vekt via hengeren 30 til brønnhodet 26 og paknings-anordninger 36, 38, dannes en fluidtett tetning mellom brønn-hodet 26 og den første foringsrørhenger 28, og mellom brønn-hodet 26 og den andre foringsrørhenger 30, på kjent måte. The second guide pipe hanger 30 is locked to the wellhead 26 with a 1-eye device 34 which is also used to transfer the weight of the riser via the hanger 30 to the wellhead 26 and packing devices 36, 38, a fluid-tight seal is formed between the wellhead 26 and the first casing hanger 28, and between the wellhead 26 and the second casing hanger 30, in a known manner.

Koblingsanordningen 8 beskrives mer detaljert i hen-hold til figur 2 og omfatter et ringformet hus 40 som er festet ved sin øvre ende ved hjelp av bolter 42 til stigrør-ets 12 nedre ende. Ved den viste utførelse omgis huset 40 The coupling device 8 is described in more detail in relation to Figure 2 and comprises an annular housing 40 which is attached at its upper end by means of bolts 42 to the lower end of the riser 12. In the embodiment shown, the house is surrounded 40

av en føringsanordning 44 og husets 40 nedre parti 40a virker of a guide device 44 and the lower part 40a of the housing 40 works

som en låseanordning 46 for koblingen, idet huset 40, førings-anordningen 44 og låseanordningen 4 6 sammen danner koblingsanordningen 8. Montert på denne koblingsanordning 8 er en føringsramme 48 på hvilken er festet flere føringshylser 50 (kun to er vist) for føring av anordningen 8 under dens ned-senkning fra overflateplattformen til brønnhodeanordningen 10. as a locking device 46 for the coupling, the housing 40, the guide device 44 and the locking device 46 together form the coupling device 8. Mounted on this coupling device 8 is a guide frame 48 on which several guide sleeves 50 are attached (only two are shown) for guiding the device 8 during its descent from the surface platform to the wellhead assembly 10.

Låseanordningen 46 for koblingen, vist på figur 2, omfatter et nedre parti 40a av huset 40, et ringformet anleggslegeme 52, en roterbar hylse 54 og en låsering 56. Hylsens 54 øvre parti er forbundet med huset 40 ved hjelp av gjenger 58 og anleggslegemet 52 er forbundet til hylsens 54 nedre parti med gjenger 60. Gjengene 58, 60 er slik utformet at de danner et differensiert gjengesystem, eksempelvis ved ulikheter i deres stilling, slik at rotasjon av hylsen 54 i forhold til huset 40 og anleggslegemet 52 i én retning søker å trekke huset og anleggslegemet mot hverandre, og rotasjon i den motsatte retning søker å presse huset bort fra anleggslegemet. Anleggslegemet 52 omfatter en ringformet skulder 52a som samvirker med en tilsvarende skulder 30a på den andre eller indre føringsrørhenger 30 og anleggslegemet er festet til hengeren 30 ved 62 for å hindre rotasjon av anleggslegemet i forhold til hengeren. The locking device 46 for the coupling, shown in figure 2, comprises a lower part 40a of the housing 40, an annular abutment body 52, a rotatable sleeve 54 and a locking ring 56. The upper part of the sleeve 54 is connected to the housing 40 by means of threads 58 and the abutment body 52 is connected to the lower part of the sleeve 54 with threads 60. The threads 58, 60 are designed in such a way that they form a differentiated thread system, for example in case of differences in their position, so that rotation of the sleeve 54 in relation to the housing 40 and the installation body 52 in one direction seeks to pull the housing and the construction body towards each other, and rotation in the opposite direction seeks to push the housing away from the construction body. The attachment body 52 comprises an annular shoulder 52a which cooperates with a corresponding shoulder 30a on the second or inner guide pipe hanger 30 and the attachment body is attached to the hanger 30 at 62 to prevent rotation of the attachment body relative to the hanger.

Låseringen 56 som har en enkelt aksial sliss og er utformet fjærende, bæres på hylsen 54 og omgir dennes parti 54a med redusert ytre diameter. Den øvre ende av partiet 54a er utformet som en konisk skulder 54b som virker slik at den presser ringen 56 utover fra en tilbaketrukket stilling (ikke vist) til en utvidet stilling (figur 2) når hylsen 54 skrus ned mot anleggslegemet 52. The locking ring 56, which has a single axial slot and is designed to be springy, is carried on the sleeve 54 and surrounds its part 54a with a reduced outer diameter. The upper end of the portion 54a is designed as a conical shoulder 54b which acts so that it presses the ring 56 outwards from a retracted position (not shown) to an extended position (figure 2) when the sleeve 54 is screwed down against the mounting body 52.

Den nedre ende av huset 4 0 er avsmalnende for å sam-virke med en ringformet skulder 30a på innsiden av hengeren 30 slik at det oppnås en metall mot metall tetning ved 66 mellom huset og hengeren. Fjærende tetningsringer 6 8 anordnet rett over metall mot metall tetningen 66, danner en fluidtett barriere mellom huset 4 0 og hengeren før metall mot metall tetningen 66 etableres. Hylsen 54 har tilsvarende fjærende tetningsringer 70 ved sin nedre ende for å danne tettende anlegg mot hengeren 30 og en fjærende tetningsring 72 ved hylsens 54 øvre ende for å danne den nødvendige tet- The lower end of the housing 40 is tapered to cooperate with an annular shoulder 30a on the inside of the hanger 30 so that a metal-to-metal seal is achieved at 66 between the housing and the hanger. Resilient sealing rings 6 8 arranged directly above the metal-to-metal seal 66 form a fluid-tight barrier between the housing 40 and the hanger before the metal-to-metal seal 66 is established. The sleeve 54 has corresponding resilient sealing rings 70 at its lower end to form a sealing contact against the hanger 30 and a resilient sealing ring 72 at the upper end of the sleeve 54 to form the necessary seal

ning mot forurensninger mellom hylsen og huset 40. protection against contamination between the sleeve and the housing 40.

Etter at foringsrørhengeren 30 er låst ved hjelp av låseanordningen 34 og pakningsanordningen 38, senkes koblingsanordningen 8 og stigrøret 12 til hvilket anordningen er festet, til undervanns borehodeanordningen 10, som vist på tegningen. Føringsanordningen 44 kommer i kontakt med og til anlegg mot brønnhodet 26 og danner således en sentrering for huset 40. En nedadgående kraft påføres deretter huset 40 via stigrøret 12 slik at huset og koblingens låseanordning 46 presses ytterligere ned i brønnhodet 26 inntil anleggslegemets skulder 52a kommer til anlegg mot føringsrørhengerens skulder 30a (figur 2). After the casing hanger 30 is locked by means of the locking device 34 and the packing device 38, the coupling device 8 and the riser 12 to which the device is attached are lowered to the underwater drilling head device 10, as shown in the drawing. The guide device 44 comes into contact with and abuts against the wellhead 26 and thus forms a centering ring for the housing 40. A downward force is then applied to the housing 40 via the riser 12 so that the housing and the coupling's locking device 46 are pressed further down into the wellhead 26 until the shoulder 52a of the installation body comes to against the guide pipe hanger's shoulder 30a (figure 2).

Et torsjonsverktøy (ikke vist) senkes deretter gjen-nom stigrøret 12 ved hjelp av en borerørstreng (ikke vist). Når verktøyet når frem til sporene 80 (figur 2) i låseanord-ningens hylse 54, vil deler av verktøyet ekspandere inn i disse spor og løsbart låse verktøyet til hylsen. Deretter dreies borestrengen slik at verktøyet og hylsen 54 roteres. Når hylsen 54 dreies beveges den nedover i anleggslegemet 54 og ekspanderer derved låseringen 54 inn i passende spor i foringsrørhengeren 30 og sikrer legemet 52 mot oppadgående bevegelse. Når hylsens rotasjon fortsettes vil de differensierte gjenger 58, 60 bringe koblingshuset 40 til å beveges nedover inntil dets nedre ende kommer til anlegg mot hengerens skulder 30a slik at det etableres en metall mot metall tetning ved 60, mellom hylsen og hengeren. Følgelig foreligger i denne siste stilling tre tetninger mellom koblingsanordningen og hengeren 30, dvs. de to fjærende tetninger 68 og metall mot metall tetningen 66 for derved å sikre at trykket opprettholdes mellom stigrøret og borehodeinstallasjonens ytre. A torsion tool (not shown) is then lowered through the riser 12 by means of a drill pipe string (not shown). When the tool reaches the grooves 80 (figure 2) in the locking device sleeve 54, parts of the tool will expand into these grooves and releasably lock the tool to the sleeve. The drill string is then rotated so that the tool and sleeve 54 are rotated. When the sleeve 54 is turned, it moves downwards in the mounting body 54 and thereby expands the locking ring 54 into a suitable slot in the casing hanger 30 and secures the body 52 against upward movement. When the sleeve's rotation is continued, the differentiated threads 58, 60 will cause the coupling housing 40 to move downwards until its lower end comes into contact with the hanger's shoulder 30a so that a metal-to-metal seal is established at 60, between the sleeve and the hanger. Accordingly, in this last position there are three seals between the coupling device and the hanger 30, i.e. the two resilient seals 68 and the metal-to-metal seal 66 to thereby ensure that the pressure is maintained between the riser and the outside of the drill head installation.

Selv om den beste utforming av den foreliggende oppfinnelse er beskrevet og vist, er det underforstått at modi-fikasjoner og variasjoner kan gjennomføres uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme. Although the best design of the present invention has been described and shown, it is understood that modifications and variations can be made without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Prestressed coupling for connecting a riser and an underwater wellhead without rotation of the riser, CHARACTERIZED IN THAT it comprises a housing with devices for attaching it to a riser, a mounting body with devices for mounting the coupling against a wellhead element, devices for connecting of the housing and the installation body, the connecting devices having differentiated threads arranged for engagement with the housing and the installation body, and devices for attaching the installation body to a wellhead element to prevent rotation and axial movement of the installation body in relation to the wellhead element, as locking of the connection to the wellhead is achieved when placing the coupling in an underwater wellhead by rotating the coupling device in relation to the housing and the installation body.

2. Coupling according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT it comprises devices for establishing a metal-to-metal seal between the coupling and a wellhead element.

3. Connection according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT the metal-to-metal seal is established by rotation of the connecting device.

4. Coupling according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the connecting device comprises a sleeve with devices for non-rotating connection to a drill pipe.

5. Coupling according to claim 4, CHARACTERIZED IN THAT the sleeve is rotatably connected to the interior of the housing and the installation body by means of the differentiated threading devices.

6. Coupling according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the device for attaching the installation body to a wellhead element comprises an expandable locking ring.

7. Coupling according to claim 6, CHARACTERIZED IN THAT the locking ring is expanded into locked engagement with the wellhead element by means of rotation of the coupling device in relation to the installation body.

8. Coupling according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT rotation of the coupling device in relation to the housing and the installation body also produces a fluid-tight metal-to-metal contact between the coupling and the wellhead.

9. Coupling according to claim 8, CHARACTERIZED IN THAT rotation of the coupling device first secures the mounting body to the wellhead element and then produces a metal-to-metal seal between the housing and the wellhead element.

10. Method for connecting a riser to an underwater wellhead without rotation of the riser, CHARACTERIZED BY attaching a pipe coupling device with a differentiated threading system to the riser, inserting at least a part of the coupling device in the wellhead, and rotating at least an internal element of the coupling device from the inside of the device, to lock the device to the wellhead.

11. Method according to claim 10, CHARACTERIZED BY establishing a metal-to-metal seal between the device and the wellhead.

12. Method according to claim 11, CHARACTERIZED IN THAT the metal-to-metal seal is achieved by further rotation of the inner element after the device is locked to the wellhead.