NO20100174A1

NO20100174A1 - Boyingsbegrenser

Info

Publication number: NO20100174A1
Application number: NO20100174A
Authority: NO
Inventors: John Helvik
Original assignee: C6 Technologies As
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-04
Also published as: WO2011096820A2; WO2011096820A3

Abstract

En bøyningsbegrenser for et avlangt, fleksibelt element, så som en kabel, innbefatter minst to føringselementer (2) og el leddelement (6). Hvert føringselement (2) innbefatter sfæriske deler (10) for kobling til respektive sfæriske deler (14) på leddelementet (6), slik at det derved muliggjøres vinkelbevegelse mellom de respektive føringselementene (2) og relativt leddelementet (6). Bøyningsbegrenseren har første stoppmidler (11a, 11b) på hvert føringselement (2) for anlegg mot respektive andre stoppmidler (18) på leddelementet (6).A bend limiter for an elongated, flexible member, such as a cable, includes at least two guide members (2) and elbow members (6). Each guide member (2) includes spherical members (10) for coupling to respective spherical members (14) of the hinge member (6), thereby enabling angular movement between the respective guide members (2) and relative hinge member (6). The bend limiter has first stop means (11a, 11b) on each guide element (2) for abutment against respective second stop means (18) on the link element (6).

Description

Oppfinnelsen vedrører bøyingsbegrensere for bruk sammen med fleksible, avlange elementer, som angitt i innledningen til krav 1. The invention relates to bending limiters for use together with flexible, elongated elements, as stated in the introduction to claim 1.

Kjente bøyingsbegrensere tjener til å samvirke med ett eller annet ettergivende og fleksibelt, avlangt element, eksempelvis en ledning, et rør, en umbilical, et marint stigerør, etc., og for å hindre at elementet kan innta en for liten krumningsradius. Known bending limiters serve to cooperate with one or another yielding and flexible, elongated element, for example a wire, a pipe, an umbilical, a marine riser, etc., and to prevent the element from assuming too small a radius of curvature.

Kjent teknikk innbefatter GB 2 269 274, hvor det beskrives en bøyingsbegrenser for en ettergivende undersjøisk telekommunikasjonskabel. En segmentert bøyingsbegrenser omgir kabelen og tjener til å hindre at denne bøyes for sterkt. Bøyingsbegrenseren som beskrives i den nevnte publikasjonen, innbefatter et antall "husdeler", som hver har en gjennomgående boring for opptak av kabelen og er forbundet med identisk utformede, hosliggende huselementer ved hjelp av universalledd av kuleleddtypen. Prior art includes GB 2 269 274, which describes a bend limiter for a resilient submarine telecommunications cable. A segmented bend limiter surrounds the cable and serves to prevent it from bending too strongly. The bending limiter described in the aforementioned publication includes a number of "housing parts", each of which has a through hole for receiving the cable and is connected to identically designed, adjacent housing elements by means of universal joints of the ball joint type.

Innenfor den kjente teknikk oppnås bøyingsbegrensningen som følge av anslag mellom skrå endeflater på hosliggende huselementer, slik at derved den innbyrdes vinkelforskyvningen mellom huselementene begrenses. Kjente bøyingsbegrensere er utformet for respektive spesifikke bøyeradier, og har ingen iboende stivhet. Within the known technique, the bending restriction is achieved as a result of abutment between inclined end surfaces on adjacent housing elements, so that thereby the mutual angular displacement between the housing elements is limited. Known bending restraints are designed for respective specific bending radii, and have no inherent stiffness.

I noen tilfeller, eksempelvis ved kontroll og overvåking av instrumenter og anordninger i underjordiske borehull innenfor olje- og gassindustrien, er en sammensatt stavkabel særlig gunstig. En slik kabeltype innbefatter én eller flere ledere (eksempelvis kraft-metalledere, og fiberoptiske ledere) som er lagt inn i en karbonstang. Denne kabeltypen lagres vanligvis på store spoler hvorfra den avspoles når den føres til et sted nede i borehullet. Det foreligger derfor et behov for en innretning for kontrollering av orienteringen til en slik stiv (men fleksibel) komposittstangkabel når den spoles av spolen og mates inn i borehullet med en mer eller mindre vertikal orientering. In some cases, for example when controlling and monitoring instruments and devices in underground boreholes within the oil and gas industry, a composite rod cable is particularly beneficial. Such a cable type includes one or more conductors (for example power metal conductors, and fiber optic conductors) which are inserted into a carbon rod. This type of cable is usually stored on large spools from which it is unwound when it is led to a location down the borehole. There is therefore a need for a device for controlling the orientation of such a rigid (but flexible) composite rod cable when it is unwound from the spool and fed into the borehole with a more or less vertical orientation.

Oppfinnelsen er angitt og kjennetegnet i det selvstendige kravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre inventive kjennetegn. The invention is stated and characterized in the independent claim, while the non-independent claims describe other inventive characteristics.

Det foreslås således en bøyingsbegrenser for et avlangt, fleksibelt element, innbefattende minst to føringselementer og et leddelement, idet hvert føringselement innbefatter sfæriske deler for kobling til respektive sfæriske deler i leddelementet, slik at det muliggjøres vinkelbevegelse mellom de respektive føringselementene og leddelementet, og det som kjennetegner oppfinnelsen er første stoppmidler på hvert føringselement for anlegg mot respektive andre stoppmidler på leddelementet. A bending limiter is thus proposed for an elongated, flexible element, including at least two guide elements and a joint element, each guide element including spherical parts for connection to respective spherical parts in the joint element, so that angular movement between the respective guide elements and the joint element is enabled, and what characteristics of the invention are first stopping means on each guide element for abutment against respective other stopping means on the joint element.

I én utførelse innbefatter det første stoppmidlet en kantstruktur som er anordnet rundt en føringselementsenterakse, hvorved det dannes et omløpende spor, mens det andre stoppmidlet innbefatter en anslagsstruktur som er anordnet rundt en leddelementsenterakse, idet sporet og anleggsstrukturen har komplementære former. I én utførelse innbefatter leddelementet et andre stoppmiddel i et område ved hver ende av leddelementet, idet føringselementet innbefatter to sfæriske deler, adskilt med en sentral del, og føringselementet videre innbefatter et første stoppmiddel i et område mellom hver sfærisk del og den sentrale delen. In one embodiment, the first stop means includes an edge structure which is arranged around a guide element center axis, whereby a circumferential groove is formed, while the second stop means includes an abutment structure which is arranged around a joint element center axis, the groove and the contact structure having complementary shapes. In one embodiment, the joint element includes a second stop means in an area at each end of the joint element, the guide element including two spherical parts, separated by a central part, and the guide element further includes a first stop means in an area between each spherical part and the central part.

Føringselementet innbefatter hensiktsmessig sfærisk konvekse deler, og leddelementet innbefatter sfærisk konkave deler, idet koblingen er av kule-fatning-typen. The guide element appropriately includes spherically convex parts, and the joint element includes spherically concave parts, the coupling being of the ball-socket type.

I én utførelse er leddelementets aksiale lengde større enn eller lik to ganger den aksiale lengden til en sfærisk del, og den sentrale delens aksiale lengde er større enn leddelementets aksiale lengde. In one embodiment, the axial length of the joint member is greater than or equal to twice the axial length of a spherical part, and the axial length of the central part is greater than the axial length of the joint member.

Føringselementene og leddelementet innbefatter fordelaktig rørelementer, og har respektive kommuniseringspassasjer for opptak av det nevnte avlange, fleksible elementet. The guide elements and the joint element advantageously include pipe elements, and have respective communication passages for receiving the aforementioned oblong, flexible element.

I én utførelse innbefatter leddelementet to halvdeler, og bøyingsbegrenseren innbefatter videre holdemidler og låsemidler, slik at derved de nevnte halvdelene kan klemmes sammen med sikring av koblingen mellom føringselementene og leddelementet. In one embodiment, the joint element includes two halves, and the bending limiter also includes holding means and locking means, so that thereby the aforementioned halves can be clamped together securing the connection between the guide elements and the joint element.

I én utførelse innbefatter bøyingsbegrenseren friksjonsmidler for påvirkning av bøyningsbegrenserens stivhet, foe eksempel i form av en o-ring som er anordnet i en utspart del av den sfæriske delen. In one embodiment, the bending limiter includes friction means for influencing the rigidity of the bending limiter, for example in the form of an o-ring which is arranged in a recessed part of the spherical part.

Bøyingsbegrenseren ifølge oppfinnelsen kan hensiktsmessig brukes for begrensning av bøyeradien for en ettergivende, men halvstiv kabel, så som en karbonkomposittkabel. The bending limiter according to the invention can be suitably used for limiting the bending radius of a compliant but semi-rigid cable, such as a carbon composite cable.

Disse og andre kjennetegn ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, her bare ment som et ikke-begrensende eksempel, under henvisning til tegningen, hvor These and other characteristics of the invention will emerge from the subsequent description of a preferred embodiment, here only intended as a non-limiting example, with reference to the drawing, where

Fig. 1 viser et sideriss av en bøyebegrenser ifølge oppfinnelsen, Fig. 1 shows a side view of a bending limiter according to the invention,

Fig. 2 er et snitt gjennom senteraksen i utførelsen i fig. 1, dreiet 90° om senteraksen, Fig. 2 is a section through the center axis of the embodiment in fig. 1, rotated 90° about the central axis,

Fig. 3 er et forstørret utsnitt av området "A" i fig. 2, Fig. 3 is an enlarged section of the area "A" in fig. 2,

Fig. 4a er et forstørret utsnitt av området "B" i fig. 2 og 3, Fig. 4a is an enlarged section of the area "B" in fig. 2 and 3,

Fig. 4b er et forstørret utsnitt av området "B" i fig. 2 og 3, Fig. 4b is an enlarged section of the area "B" in fig. 2 and 3,

Fig. 5 er et perspektivriss av en halvdel av et leddelement, og figuren viser bare én av to identiske halvdeler, Fig. 6 er et snitt gjennom senteraksen av leddelementhalvdelen som er vist i fig. 5, Fig. 5 is a perspective view of one half of a hinge element, and the figure shows only one of two identical halves, Fig. 6 is a section through the center axis of the hinge element half shown in fig. 5,

Fig. 7 er et forstørret utsnitt av området "D" i fig. 6, Fig. 7 is an enlarged section of the area "D" in fig. 6,

Fig. 8 viser en leddelementhalvdel som vist i fig. 5 og 6, sett fra én ende, Fig. 8 shows a joint element half as shown in fig. 5 and 6, seen from one end,

Fig. 9 viser skjematisk et typisk kabelinstallasjonsarrangement hvor bøyingsbegrenseren ifølge oppfinnelsen brukes, Fig. 9 schematically shows a typical cable installation arrangement where the bending limiter according to the invention is used,

Fig. 10 er et forstørret utsnitt av området "E" i fig. 9, og Fig. 10 is an enlarged section of the area "E" in fig. 9, and

Fig. 11 er et snitt gjennom en utførelse av oppfinnelsen, med to føringselementer, et leddelement og et forbindelseselement. Fig. 11 is a section through an embodiment of the invention, with two guide elements, a joint element and a connecting element.

Bøyningsbegrenseren ifølge oppfinnelsen innbefatter minst to føringselementer 2 som er sammenkoblet ved hjelp av et leddelement 6. Fig. 1 viser én slik utførelse, og viser også hvordan et ytterligere føringselement (ikke vist) kan forbindes via leddelementet på høyre side i figuren. En bøyingsbegrenser kan således utformes med et antall føringselementer 2, som er forbundet ende mot ende ved hjelp av respektive leddelementer 6, alt avhengig av de aktuelle kravene. The bending limiter according to the invention includes at least two guide elements 2 which are connected together by means of a joint element 6. Fig. 1 shows one such embodiment, and also shows how a further guide element (not shown) can be connected via the joint element on the right side of the figure. A bending limiter can thus be designed with a number of guide elements 2, which are connected end to end by means of respective joint elements 6, all depending on the relevant requirements.

Hvert føringselement 2 innbefatter et rørformet element som har en senterakse Cu og en passasje 3 for en kabel eller lignende. Den viste utførelsen viser en elastisk komposittstangkabel 4 som har en høy stivhet. Det viste føringselementet har to sfærisk konvekse deler 10, én i hver ende, adskilt med en sentral del 9, for sammenkobling med respektive sfærisk konkave deler 14 på leddelementet 6. Denne kule-fatning-forbindelsen muliggjør således vinkelbevegelse mellom de respektive føringselementene 2 og leddelementet 6. Each guide element 2 includes a tubular element having a central axis Cu and a passage 3 for a cable or the like. The embodiment shown shows an elastic composite rod cable 4 which has a high stiffness. The guide element shown has two spherically convex parts 10, one at each end, separated by a central part 9, for connection with respective spherically concave parts 14 of the joint element 6. This ball-socket connection thus enables angular movement between the respective guide elements 2 and the joint element 6.

Føringselementet 2 innbefatter videre en kantstruktur lia, anordnet rundt den sentrale aksen Cu, slik at det derved dannes et omløpende spor 11b. Kantene lia og sporene 1 lb er anordnet i overgangsområdene mellom de sfæriske delene 10 og den sentrale delen 9.1 fig. 3 ser man at vinkel y, så vel som dybden i sporet 1 lb, i samvirke med leddelementet 6, vil bestemme den minste tillatte radius for bøyingsbegrenseren. I den viste utførelsen er y i størrelsesorden 5°. The guide element 2 further includes an edge structure 11a, arranged around the central axis Cu, so that a circumferential groove 11b is thereby formed. The edges 1a and the grooves 1 lb are arranged in the transition areas between the spherical parts 10 and the central part 9.1 fig. 3 it can be seen that the angle y, as well as the depth of the groove 1 lb, in cooperation with the joint element 6, will determine the smallest permissible radius for the bending limiter. In the embodiment shown, y is of the order of 5°.

Hver sfærisk del 10 innbefatter et omløpende spor 1 (fig. 1) hvor det er plassert en o-ring 5 når føringselementene og leddelementet er samlet (fig. 2). o-ringene 5 gir friksjon mot de sfærisk konkave delene 14 på leddelementet 6, og vil derved gi en viss grad av stivhet (motstand mot bevegelse) i kule-fatning-forbindelsen. De friksjonsdannende o-ringene 5 utgjør således en avstivende faktor i bøyingsbegrenseren. Stivheten (eller motstandsbevegelsen) i bøyingsbegrenseren kan således påvirkes ved å velge o-ringer som gir den ønskede friksjonsgraden. Each spherical part 10 includes a circumferential groove 1 (fig. 1) in which an o-ring 5 is placed when the guide elements and joint element are assembled (fig. 2). The o-rings 5 provide friction against the spherically concave parts 14 on the joint element 6, and will thereby provide a certain degree of stiffness (resistance to movement) in the ball-socket connection. The friction-forming o-rings 5 thus constitute a stiffening factor in the bending limiter. The stiffness (or resistance movement) in the bending limiter can thus be influenced by choosing o-rings that provide the desired degree of friction.

Fig. 2 viser at den aksiale lengden Lj til den sentrale delen 9 er større enn de aksiale lengdene L2til de sfæriske elementene 10, og forholdet er fortrinnsvis Li > 2L2. Fig. 2 shows that the axial length Lj of the central part 9 is greater than the axial lengths L2 of the spherical elements 10, and the ratio is preferably Li > 2L2.

Leddelementet 6 har en anslagsstruktur 18 anordnet ved hver ende, og rundt den sentrale aksen Cl2- Sporet 1 lb og anslagsstrukturen 18 har komplementære former, og samvirket mellom anslagsstrukturen 18 og sporet 11 vil således bestemme den minste tillatte radius for bøyingsbegrenseren. The joint element 6 has an abutment structure 18 arranged at each end, and around the central axis Cl2- The groove 1 lb and the abutment structure 18 have complementary shapes, and the interaction between the abutment structure 18 and the groove 11 will thus determine the smallest permissible radius for the bending limiter.

I den viste utførelsen innbefatter leddelementet 6 to identiske halvdeler 6a, 6b som holdes sammen ved hjelp av en holdering 8 som ligger an mot den korresponderende flate 12 på leddelementhalvdelene. Holderingen 9 holdes på plass ved hjelp av en låsering 17, anordnet i et spor 16, på leddelementhalvdelene. Fig. 8 indikerer også hvordan forbindelsen mellom halvdelene kan bedres ved hjelp av tapper 19 på én leddhalvdel, og tilsvarende hull i den andre leddhalvdelen (ikke vist). In the embodiment shown, the joint element 6 includes two identical halves 6a, 6b which are held together by means of a retaining ring 8 which rests against the corresponding surface 12 on the joint element halves. The retaining ring 9 is held in place by means of a locking ring 17, arranged in a groove 16, on the joint element halves. Fig. 8 also indicates how the connection between the halves can be improved by means of studs 19 on one joint half, and corresponding holes in the other joint half (not shown).

Bøyeradius r bestemmes også av utformingen av de sfæriske delene 10, 14, og av lengden til føringselementet 2, nemlig lengden Li til den sentrale delen 9. Den sentrale delen 9 kan være utformet slik at lengden Li kan varieres på stedet, eksempelvis ved at den sentrale delen 9 innbefatter to halvdeler som teleskoperer i forhold til hverandre, eller ved at de har gjenger (ikke vist). The bending radius r is also determined by the design of the spherical parts 10, 14, and by the length of the guide element 2, namely the length Li of the central part 9. The central part 9 can be designed so that the length Li can be varied on site, for example by central part 9 includes two halves that telescope relative to each other, or by having threads (not shown).

I den viste utførelsen brukes bøyingsbegrenseren ifølge oppfinnelsen i forbindelse med utsettingen av en komposittstangkabel 4 i et borehull. Dette er vist skjematisk i fig. 9, hvor det er vist en spoleenhet (spole) 23 for kabelen 4, og et injektorhode 22 hvor kabelen trekkes. Injektorhodet 22, som vanligvis brukes for dette formålet, innbefatter drivmidler (belter, etc.) for mating av kabelen, og er forbundet med eksempelvis rør (ikke vist) som går inn i borehullet. Bøyingsbegrenseren ifølge oppfinnelsen brukes typisk i områder som er angitt med de stiplede boksene "T", slik at man derved sikres at kabelen vil være innrettet i forhold til injektorhodet 22 når den trekkes inn i dette. In the embodiment shown, the bending limiter according to the invention is used in connection with the deployment of a composite rod cable 4 in a borehole. This is shown schematically in fig. 9, where there is shown a spool unit (coil) 23 for the cable 4, and an injector head 22 where the cable is drawn. The injector head 22, which is usually used for this purpose, includes drive means (belts, etc.) for feeding the cable, and is connected by, for example, pipes (not shown) which enter the borehole. The bending limiter according to the invention is typically used in areas indicated by the dashed boxes "T", so that it is thereby ensured that the cable will be aligned in relation to the injector head 22 when it is pulled into it.

Fig. 10 er et forstørret riss av injektorhodeforbindelsesenheten 24, og viser også kabelen 4 og kabelhodet 4a (for oversiktens skyld er her bøyingsbegrenseren utelatt). Fig. 11 viser enden av bøyingsbegrenseren, der hvor den er forbundet med injektorhodet ved at endedelen 20 er forbundet med forbindelsesenheten 24 (fig. 10). Figurene viser hvordan kabelhodets 4a diameter dher nesten like stor som føringselementets 2 diameter dg (fig. 2), og viser også kabelens 4 diameter dc i forhold til disse diameterne. Fig. 10 is an enlarged view of the injector head connector assembly 24, and also shows the cable 4 and the cable head 4a (for the sake of clarity, the bend limiter is omitted here). Fig. 11 shows the end of the bending limiter, where it is connected to the injector head by the end part 20 being connected to the connection unit 24 (Fig. 10). The figures show how the diameter dh of the cable head 4a is almost as large as the diameter dg of the guide element 2 (fig. 2), and also show the diameter dc of the cable 4 in relation to these diameters.

Bøyingsbegrenseren ifølge oppfinnelsen egner seg særlig for bruk i forbindelse med halvstive, karbonstangtypekabler, og når diameteren dg i føringselementet er meget større enn kabelens diameter dc, eksempelvis når det dreier seg om en telekommunikasjonskabel, en kontrollkabel, etc., med en stivhet som varierer fra lett til stor. The bending limiter according to the invention is particularly suitable for use in connection with semi-rigid, carbon rod-type cables, and when the diameter dg in the guide element is much larger than the cable's diameter dc, for example when it concerns a telecommunications cable, a control cable, etc., with a stiffness that varies from light to large.

Claims

1. Bend limiter for an elongated, flexible element, including at least two guide elements (2) and a joint element (6), each guide element (2) including spherical parts (10) for connection to respective spherical parts (14) in the joint element, so that angular movement is enabled between the respective guide elements and relative to the joint element (6), characterized by the first stop means (lia, 1 lb) on each guide element (2) for contact with the respective second stop means (18) on the joint element (6).

2. Bend limiter according to claim 1, characterized in that the first stop means (lia, 11b) includes an edge structure (lia) which is arranged around a guide element center axis (Cli), so that a circumferential groove (11b) is thereby formed, and that the second stop means (18) includes a stop structure arranged about the link element center axis (Cl2)>whereas the groove (1 lb) and the abutment structure (18) have complementary shapes.

3. Bend limiter according to claim 1 or 2, characterized in that the joint element (6) includes a second stop means (18) in an area at each end of the joint element.

4. Bend limiter according to one of claims 1 -3, characterized in that the guide element (2) includes two spherical parts (10) which are separated from each other by a central part (9).

5. Bend limiter according to one of claims 1-4, characterized in that the guide element (2) includes a first stop means (11) in an area between each spherical part (10) and the central part (9).

6. Bend limiter according to one of claims 1-5, characterized in that the guide element (2) includes spherically convex parts (10), and that the joint element (6) includes spherically concave parts (14), the coupling being of the ball-socket type.

7. Bend limiter according to one of claims 1-6, characterized in that the axial length (L3) of the joint element (6) is greater than or equal to twice the axial length (L2) of a spherical part (10), and that the axial length (Li) of the central part (9) is greater than the axial length (L3) of the joint element (6).

8. Bend limiter according to one of claims 1-7, characterized in that the guide elements and the joint element include tubular elements, and have respective communicating passages (3, 19) for receiving the aforementioned oblong, flexible element.

9. Bend limiter according to one of claims 1-8, characterized in that the joint element (6) includes two halves (6a, 6b), and that the bending limiter further includes holding means (8) and locking means (16, 17), so that thereby the aforementioned halves (6a, 6b) can be clamped together and secure the connection between the guide elements and the guide element.

10. Bend limiter according to one of claims 1-9, characterized in that it includes friction means (5) for influencing the stiffness of the bending limiter.

11. Bend limiter according to claim 10, characterized in that the friction means include an o-ring (5) which is arranged in a recessed part (1) of the spherical part (10).

12. Use of a bend limiter as set forth in any of claims 1-11, for limiting the bend radius of a compliant but semi-rigid cable, such as a carbon composite rod cable.