NO20130002A1 - Penetrerings- og fluidoverføringsanordning - Google Patents

Abstract

En penetreringsanordning (20; 20') omfatter boremiddel (25, 40; 40') konfigurert for å danne et hull (O)i et metallplateelement (H). Boremiddelet er bevegelig forbundet til en ramme (21; 21'), og rammen er forbundet en bensammenstilling (34) som har en sokkel (29) av et magnetisk materiale konfigurert for magnetisk forbindelse til plateelementet; der bensammenstillingen ytterligere omfatter drivende middel (35, 36, 37) konfigurert for selektivt å forbinde og skille sokkelen til og fra plateelementet. Foretrukket omfatter penetreringsanordningen tre bensammenstillinger (34) anordnet i en tripod konfigurasjon.

Description

Penetrerings- og fluidoverføringsanordning

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører en innretning for å danne en fluidoverføringsmunning i en vegg og kontrollert å åpne og lukke denne munningen, som fremlagt i ingressen til krav 1.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Sunkne skip inneholder ofte fluider som kan være skadelige for miljøet hvis de slippes ut til det omgivende sjøvannet. Eksempler på slike fluider er cargo-olje, dieselolje, toksiske gasser og forurensede væsker.

Ulike innretninger for å ekstrahere fluider fira sunkne skip er velkjente. For eksempel beskriver WO 95/15280 (Mohn) en anordning for å fjerne olje eller toksisk fluid fra en nedsenket eller sunket beholder, f.eks. en tank i et sunket skip. Anordningen har to deler; en øvre, aktiv modul omfattende drivmidler og bore- eller fresemidler for å danne en åpning i veggen, og en nedre, passiv modul omfattende lukkemidler som kan opereres ved hjelp av mekanisk forbindelse eller pneumatisk middel ved hjelp av den første modulen. Den nedre modulen er festet til veggen ved hjelp av borkroner og omfatter tetningselementer for å hindre fluider i å lekke gjennom hullene boret av kronene. Den øvre og nedre modulen er frigjørbart forbundet med hverandre via låseklør og kan adskilles ved styring av den øvre modulen. Anordningen flyttes i posisjon ved hjelp av thruster-drivenheter og kan fjernstyres fra en fjernmonitor forbundet til et videokamera montert på anordningen.

Et formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som er mer allsidig, lettere og mindre komplisert enn de kjente innretningene.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre egenskaper ved oppfinnelsen.

Det tilveiebringes slik en penetreringsanordning, omfattende boremiddel konfigurert for å danne et hull i et magnetiserbart metallplateelement,karakterisert vedat boremiddelet er bevegelig forbundet til en ramme, og rammen er forbundet til tre bensammenstillinger anordnet i en tripod konfigurasjon; der hver bensammenstilling har en sokkel omfattende et magnetisk materiale konfigurert for magnetisk forbindelse til plateelementet; der bensammenstillingen ytterligere omfatter drivende middel konfigurert for selektivt å forbinde og skille sokkelen til og fra plateelementet.

I én utførelsesform omfatter boremiddelet en penefreringsinnreming som har en gjennomgående fluidkanal som strekker seg mellom et område av den frie enden av penetreringsinnretningen, en koblerende anordnet på motstående side og ventilmiddel anordnet og konfigurert for selektiv åpning og lukking av fluidkanalen.

I én utførelsesform omfatter penefreringsinnretningen et pilotbor, en hullsag og en gjenget del for tettende interaksjon med hullet. I én utførelsesform omfatter den gjengede delen en avkortet kjegle-form.

I én utførelsesform er boremiddelets bevegelige forbindelse til rammen og bensammenstillingenes drivende middel konfigurert for å bevege penetreringsinnretningen i samme bane. Banen er foretrukket normal i forhold til et plan definert av plateelementet der hullet er dannet.

Den oppfunnede penetreringsanordningen er nyttig til å tømme sunkne skip for fyringsolje og til å bore hull i trykkbeholdere på ønskede posisjoner. Anordningen kan også anvendes til å sprøyte fluider (f.eks. gasser) inn i beholdere. Den oppfunnede anordningen er fjernoperert og utformet for å penetrere stål- eller metallplater i en rekke konstruksjoner og eller skrogkonfigurasjoner. Med oppfinnelsen er det mulig å evakuere eller føre inn ulike stoffer i gass- eller væskeform gjennom slike plater. Den oppfunnede anordningen kan for eksempel, men ikke nødvendigvis, være begrenset til borehull som er fra 20 - 60 mm i diameter gjennom veggtykkelser på for eksempel 30 mm.

I én utførelsesform hviler penetreringsanordningen på tre hydrauliske ben (H-ben (eng.: H-legs), med undersjøiske hydrauliske sylindre), der hvert er utstyrt med magnetisk fotsokkel montert i universalledd. Borehuset og håndtaket bæres av tre armer festet til H-benene. H-benene kan virke simultant eller individuelt for å stille opp boreenheten i korrekt posisjon for boring.

I én utførelsesform er pilotboret et bor i herdet stål med en diameter på 10 mm. Et sirkelformet hullbor i hardt metall er montert på (i) en adapter i herdet stål utformet som en gjengetapp med åpent senter eller (ii) en adapter med åpent senter fremstilt med sirkelformede gjenger. Hullboret omfatter i én utførelsesform fjærbelastede sikkerhetsnagler. Hullsagen omfatter en ring i herdet stål med fluidåpninger i periferien for at den fluide (f.eks. olje) oljen skal strømme bak den sirkelformede borepluggen som normalt setter seg fast på boreenheten (pilot- og hullborhode) etter full penetrering av skroget. En sikkerhetsnagleinnretning er anordnet integrert i strømningsringen og presses ut automatisk (fjærbelastet) på innsiden av skroget når pentetreringen er avsluttet. Tetningsinnretningen består av en spesielt utformet krans montert på boreadapteren. For begge adapterne vil kransen automatisk tettes under boreprosessen. Penetreringsinnretningen omfatter en ventil (f.eks. en kuleventil). Kuleventilen roterer foretrukket i en lukket stilling under boringen (dvs. når penetreringsinnretningen roterer). Ventilhåndtaket opereres av en ROV.

Motoren (f.eks. hydraulisk, variabel hastighet) er festet til borehuset, som er festet til de hydrauliske benene. Festeplaten på borskaftet griper inn i boreplaten på toppen av kuleventilen og holder posisjonen ved hjelp av magnetisk kraft under boreoperasjonen.

De hydrauliske sylindrene presser simultant lett penetreringsiimretningen (og boret) gjennom skroget inntil den ytre tetningen (f.eks. tetningskrans) støter mot skrogplaten.

Når penetreringen er avsluttet (ventil lukket) trekker de hydrauliske sylindrene magnetene inn ved hjelp av simultan bevegelse, den magnetiske kraften nøytraliseres, og ROV-en kan løfte av hele huset inkludert benene. Penetreringsinnretningen (inkludert kuleventil og hurtigutløsmngskonnektor for oljeopphentingsslangen) er nå klar til å bli forbundet til overførings-/pumpeledningen til overflaten

Pumpeenheten er foretrukket en hydraulisk drevet peristaltisk pumpe (slangepumpe) med gode suge- og trykkegenskaper. Pumpen kan gå tørr uten å gjøre skade på konstruksjonen. Variabel kapasitet kan i én utførelsesform være i størrelsesorden 100 - 44 000 liter per time. Pumpen kan plasseres nedsenket omtrent 10 -15 m under overflaten eller, ved å teste den viskøse naturen til fyringsoljen, eventuelt på dekket til et støtteskip. Den oppfunnede penetreringsanordningen gjør det mulig å penetrere en stålplate, oppnå sikker festing til platen, styre olje-/vannbarrieren og sørge for sikker overføring av fluider til overflaten. Den oppfunnede anordningen tillater boring, penetrering og festing til skroget med en lukket ventil, på linje.

Boremotoren, foringen og thrusteren for rotering og festing av penetreringsinnretningen er i én inntrekkbar enhet støtter for å skape en kontrollert passasje til tanken inni skroget. Oppfinnelsen anvender nyere utvikling i magnetteknologi, som gjør det mulig å anvende magneter i anvendelser i svært sensitive og sikkerhetsfokuserte operasjoner.

Boret er en kombinasjon av bor (pilotbor og hullsag) og gjenget tapp både for penetrering og feste til skroget. Kombinasjonen som sådan er kjent fra ulike typer ariboringssystemer (eng.: hot-tap systems).

Den tripode benkonfigurasjonen gjør penetreringsanordningen stabil og nyttig for ulike skrogformer. Den er egnet for små skrog med kurvede overflater og som har små dimensjoner.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre egenskaper ved oppfinnelsen vil fremgå ut fra følgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvori: Figur 1 viser en typisk situasjon i hvilken anordningen ifølge oppfinnelsen er nyttig; Figur 2 er et perspektivriss av en første utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen; Figur 3 er et perspektivriss av en første utførelsesform av penetreringsinnretningen ifølge orjpfinnelsen; Figur 4 er et perspektivriss av penetreringsinnretningen i figur 3, i en installert posisjon i en veggstruktur. Figur 5 er et perspektivriss av en andre utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen; Figur 6 er et perspektivriss av en andre utførelsesform av penetreringsinnretningen ifølge oppfinnelsen; Figur 6b er et perspektivriss av en tredje utførelsesform av penetrerm<g>sirinretningen ifølge oppfinnelsen; uten koblingen; og Figur 7a og figur 7b er henholdsvis et sideriss i tverrsnitt og et perspektivriss i tverrsnitt av den første utførelsesformen av penetreringsinnretningen ifølge oppfinnelsen. Figurene er ikke nødvendigvis i riktig målestokk. De er ment å illustrere de ulike komponentene ifølge oppfinnelsen og skal ikke være begrensende når det gjelder størrelse og dimensjoner.

Detaljert beskrivelse av en foretrukken utførelsesform.

Med henvisning til figur 1 opereres og styres den oppfunnede undersjøiske universal-penetreringsanordningen i den illustrerte utførelsesformen fra et fartøy 10 på overflaten S. Fartøyet omfatter en modul 12 for kraftforsyning og styring av penetreringsanordningen, såvel som for pumping av fluider mellom fartøyet 10 og f.eks. et sunket skip 4 på havbunnen B. En umbilical-kabel 14 som har en klump vekt 11 og oppdriftselementer 13, tilveiebringer elektrisk og fluid kommunikasjon mellom fartøyet 10 og det sunkne skipet 4 og/eller kraft og styring til en fjernoperert farkost (ROV) 3 for å operere penetreringsanordningen.

Figur 2 viser en utførelsesform av den oppfunnede penetreringsanordningen 20 plassert på en vegg H, for eksempel stålskroget til et sunket skip. Penetreringsanordningen 20 omfatter en penetreringsinnretning 40 som har et hullbor 41 og et pilotbor 42. En drivmotor 25 er opererbar for å rotere penetreringsinnretningen. Hydraulikk og kontrollkabler, inkludert deres forbindelser, som er nødvendig for å operere anordningen, er ikke vist.

Penetreringsanordningen 20 omfatter ytterligere tre bensammenstillinger 34, der hver omfatter et ben 35 som har en sokkel 29. Sokkelen 29 er av et magnetisk materiale (foretrukket en permanent magnet), hvorved anordningen 20 er forbundet via en magnetisk kraft til stålveggen (f.eks. skrog) H. Hver bensammenstilling omfatter en bøssing 36 som er forbundet til anordningens 20 ramme 21. En hydraulisk sylinder 37 strekker seg ut inni hver bøssing (ikke vist i figur 2) og er konfigurert for å strekke ut og trekke inn benet 35. Hydraulisk rør 39 er angitt i figur 2.

Figur 5 viser en annen utførelsesform av penetreringsanordningen 20'. Det tre bensammenstillingene 34 som beskrevet ovenfor er forbundet med hverandre via en sokkelplate 21'. Sokkelplaten 21' bærer også penetrerm<g>sirinretningen 40'. Figur 5 viser penetreringsinnretningen på plass på et skrog H etter at et hull O har blitt boret av hullboret 41. Figuren illustrerer en demonstrasjonskonfigurasjon der penetreringsinnretningen har blitt trukket tilbake ut av det borede hullet. I en normal operasjonsmodus er penetreringsanordningen 40' satt på plass i hullet, slik det vil bli beskrevet nedenfor.

De hydrauliske sylindrene 37 kan slik opereres for å senke og heve penetreringsinnretningen i forhold til skroget H, på hvilket penetreringsanordningen hviler. Mens figur 2 viser penetreringsanordningen på plass med bena 35 utstrakt før en boreoperasjon starter, viser figur 5 bena i en inntrukket tilstand, dvs. der penetreringsinnretningen har blitt senket mot skroget H. Penetreringsanordningen er forbundet til skroget via de magnetiske soklene 29. Penetreringsanordningen kan frigjøres fra skroget ved å trekke inn bena enda ytterligere enn det som er vist i figur 5, dvs. ved å trekke soklene bort fra skroget og inn i bøssingen 36, der bøssingene anvendes som stoppeklosser for å frigjøre de magnetiske soklene fra skroget.

I utførelsesformen av penetreringsanordningen 20' illustrert i figur 5 er penetreringsinnretningen 40' forbundet til og opereres ved hjelp av en aksel 24 som drives av en motor 25. Motoren henges opp ved hjelp av bærestrukturer 38, som i sin tur bæres av den ovennevnte sokkelplaten 21'. Henvisningstall 31 angir hydrauliske ledninger, forbundet til f.eks. et overflatefartøy som beskrevet ovenfor.

Penetrermgsinnretningen 40' kan forbindes til akselen via en hurtigkobling 23', som har en kobling og lås 22' (Hurtigkoblingen 23 og låsen 22 - for å rotere hullboret 41 og pilotboret 42 - på utførelsesformen illustrert i figurene 2 - 4 er også vist i figurene 3 og 4). Slik kobling og rotasjonslåser er som sådan kjent i teknikken.

Motoren er bevegelig i forhold til sokkelplaten 21' ved hjelp av en hydraulisk sylinder 30a og matestempel 30b og leder ved hjelp av ledestaver 26. Når penetreringsinnretningen 40' slik er forbundet til motoren (via de ovennevnte koblingene) kan den hydrauliske sylinderen 30a bevege penetreringsinnretningen 40' opp og ned i penetreringssammenstillingen 20' (angitt ved hjelp av den doble pilen Mm) og slik bore et hull i skroget H. På lignende måte kan de hydrauliske sylinderene 37 som styrer hvert ben 35, også opereres for å bevege penetreringsanordningen opp og ned i forhold til skroget H, som angitt ved den doble pilen Ml).

Figur 4 viser penetreringsinnretningen 40 i en installert posisjon i et skrog H, etter at pilotboret og hullboret har boret et hull i skroget, og koblingene har blitt skilt fra hverandre for å frigjøre motoren, benene og resten av penetreringsanordningen fra penetrermgsinnretningen. Penetreringsinnretaingen som illustrert i figur 4 tjener slik som en spuns gjennom hvilken fluider inni skroget H kan evakueres (Det skal forstås at det også er mulig å mate fluider inn i skroget gjennom denne penetreringsinnretningen). En slange kan forbindes til koblings- 23- delen på en måte som er kjent i teknikken. Som vist i figurene 7a og 7b er en indre fluidpassasje, eller borehull, 49 tilveiebrakt fra hullborkronen 46 og til utløpet 23b. Fluidstrømmen gjennom penetreringsinnretningen 40 styres av en indre ventil (f.eks. en kuleventil, angitt som 27 i figur 5), som opereres ved hjelp av en stift 28 via et verktøy som vanligvis er kjent i teknikken. I figurene 7a og 7b er ventilen fjernet; kun den opererende stiften 28 er illustrert.

Med henvisning til figur 3 omfatter hullboret 41 en gjenget del 45 og en flerhet fluidåpninger 45 anordnet i veggen mellom den gjengede delen og hullborkronen 46. Når penetreringsinnretningen 40 roteres (ved hjelp av motoren) og beveges mot skroget

(ved hjelp av motorens matesylinder 30a) og/eller benenes hydrauliske sylindere 37)

borer pilotboret 42 et pilothull i skroget. Deretter skjærer hullboret 41 et hull i skroget. Penetrermgsinnretaingen flyttes ytterligere inn i det borede hullet, slik at en gjenget del 45 over hullboret skrus stramt inn i det borede hullet. Når penetreringsinnretningen slik er installert i et skrog H (som vist i figur 4), er hullboret og fluidåpningene anordnet på innsiden av skroget og tilveiebringer slik fluid kommunikasjon mellom volumet bak

skroget H og utløpet 23b. Som vist i figurene 7a og 7b er en perforert skive 47, som har et antall åpninger 48, anordnet i det indre borehullet 49 (Pilotboret 42 kan også beleilig være festet til skiven 47). Når penetreringsinnretningen 40 slik er installert i et skrog (f.eks. som vist i figur 4), og ventilen er åpnet, kan fluider strømme gjennom den perforerte skiven 47 og gjennom borehullet 49.

Et vanlig problem når det anvendes en hullsag er at den utborede skiven sitter igjen inni hullsagen, i området nær hullborkronen. Slik skive er angitt som "D" i figur 7b. Strømningsbanen gjennom penelreringsinnretningen er imidlertid ikke lukket, ettersom fuidene kan strømme inn i fluidåpningene 43 og deretter gjennom åpningene 48 i den perforerte skiven 47.

Utførelsesformen illustrert av figurene 5 og 6a omfatter fjærbelastede nagler 32 som presset inn i hullboret når det går gjennom skroget, men kommer ut (til en posisjon som vist i figurene) når de har penetrert skroget. Disse utstrakte naglene 32 hindrer penetrermgsinnretningen i å trekkes tilbake ut av hullet. En strammende krans 33 (se også figurene 5 og 6) kan også roteres for å komme i kontakt med skrogoverflaten og derved ytterligere tette forbindelsen mellom penetrermgsinnretningen og skroget.

Figur 6b illustrerer en annen utførelsesform av det gjengede partiet: i denne utførelsesformen er gjenger 44 anordnet på et parti med avkortet kjegle-form, hvorved penetreringsinnretningen strammes gradvis i det borede hullet etterhvert som innretningen skrus inn i hullet.

Et oppdriftselement (ikke vist) kan være festet til penetreringsanor<lningen for å lette håndtering i vannet.

Den oppfunnede penetreringsanordningen kan opereres ifølge følgende prosedyre:

1. Penetreringsanordningen 20 er forbundet til manipulatorinnretningen til en ROV 3 ved overflaten S (dvs. på overflatefartøyet 10). Hydrauliske ledninger er

forbundet dertil ved hjelp av hurtigkoblere. Kraft- og styreledninger for

(eventuelle) overvåkningskameraer og lys (ikke vist) er også forbundet dertil.

2. De bevegelige bena 35, med sine respektive magnetiske sokler 29, er trukket tilbake inni den respektive bøssingen 36. Kuleventilen 27 i

penetreringsinnretningen 40 er lukket.

3. Området på det sunkne fartøyet der hullet/hullene skal dannes, er klargjort, og den/de ønskede penetreringsplasseringen(e) er merket av. 4. ROV-en beveger seg over det sunkne fartøyet, plasserer penetreringsanordningen på ønsket sted på fartøyet. De hydrauliske sylindrene 37 er aktivert for å strekke de bevegelige benene 35 mot skroget til det sunkne

fartøyet inntil de magnetiske soklene 29 er i kontakt med ståloverflaten (skrog,

H). Penetreringen er nå klar til å starte operasjonen.

5. Boreprosedyren aktiveres (rotasjon med klokken) og styres fra overflatefartøy. Overvåkning via kameraer og lys (ikke vist) i sokkelplaten 21. Drivmotoren 25 flyttes mot skroget ved hjelp av den hydrauliske matesylinderen 30a, eventuelt simultant med operasjon av bensammenstillingenes respektive hydrauliske

sylindre 37.

6. Boreprosedyren avhenger av typen penetreringsinnretning 40 som anvendes:

a. Med en gjenget del 44 med avkortet kjegle-form (se figur 6b):

Når hullsagen har penetrert skroget og dannet et hull O, vil gjengene med avkortet kjegle-form ha dannet en stram (stål-mot-stål-) forbindelse mellom skroget og penefreringsinnretningen.

b. Med en sylindrisk gjenget del 45 (se figur 6a):

Når hullsagen har penetrert skroget og dannet et hull O, folder de fjærbelastede naglene 32 seg ut på innsiden av skroget. På utsiden av skroget roteres tetningskransen 33 mot klokken inntil den kommer i kontakt med skroget H. En ringpakning (ikke vist) er foretrukket

anordnet mellom tetningskransen og skroget.

7. Hurtigkoblingen 23; 23' frigjøres, og de bevegelige bena 35 trekkes tilbake (mens bøssingene 36 ligger an mot skroget) for å trekke de magnetiske soklene 29 bort fra skroget H. Penetreringsanordningsstrukturen (f.eks. sokkelplate 21', bensammenstillinger 34, drivmotor 25 og hydraulisk matesylinder 30a) - som nå er skilt fra penetreringsinnretningen 40; 40' - løftes av fra skroget og lar penetreringsinnretningen være på plass i skroget (se figur 4). 8. En fluidslange kan nå forbindes (f.eks. ved hjelp av ROV-en) til hurtigkoblingsdelen 23 på penetreringsinnretaingen. Ventilstiften 28 opereres for å åpne kuleventilen, og en dreneringssekvens kan begynne.

Én en penetreringsinnretning 40; 40' har blitt plassert som beskrevet ovenfor, penetreringsanordningen 20; 20' kan hentes opp til overflaten og forbindes til en ny penetrermgsinnretning. I en bergingsoperasjon, der for eksempel en skadelig væske skal evakueres fra en tank i det sunkne fartøyet, kan en andre penetreringsinnretning tjene som en innløpsåpning for sjøvann og opereres slik at væskeevakueringen oppveies av innstrømningen av sjøvann.

Selv om oppfinnelsen har blitt bekrevet med henvisning til hydraulisk operasjon (av motor og aktuatorer), skal ikke oppfinnelsen begrenses til slikt kraftmiddel.

Det skal også forstås at operasjonen av penetreringsanordningen kan ledsages av avstandssensorer, dreiemomentsensorer, etc.

Det skal også forstås at selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til en undersjøisk anvendelse, kan oppfinnelsen også finne anvendelse i andre miljøer, f.eks. innen offshore.

Claims (6)

1. Penetreringsanordriing (20; 20'), omfattende boremiddel (25,40; 40") konfigurert for å danne et hull (O) i et magnetiserbart metallplateelement (H),karakterisert vedat boremiddelet er bevegelig forbundet til en ramme (21; 21'), og rammen er forbundet til tre bensammenstillinger (34) anordnet i en tripod konfigurasjon; der hver bensammenstilling (34) har en sokkel (29) omfattende et magnetisk materiale konfigurert for magnetisk forbindelse til plateelementet; der bensammenstillingen ytterligere omfatter drivende middel (35,36, 37) konfigurert for selektivt å forbinde og fraskille sokkelen til og fra plateelementet.

2. Penetreringsanordningen ifølge krav 1 hvori boremiddelet omfatter en penetreringsinnretning (40; 41') som har en gjennomgående fluidkanal (49) som strekker seg mellom et område av den frie enden av penetreringsinnretningen og en koblerende (23; 23b) anordnet på motstående side; og ventilmiddel (27,28) anordnet og konfigurert for selektiv åpning og lukking av fluidkanalen.

3. Penetreringsanordningen ifølge krav 1 eller krav 2, hvori penetreringsinnretningen omfatter et pilotbor (42), en hullsag (41) og en gjenget del (44; 45) for tettende interaksjon med hullet.

4. Penetrermgsanordningen ifølge krav 3, hvori den gjengede delen (44) omfatter en del med avkortet kjegle-form.

5. Penetreringsanordningen ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori boremiddelets bevegelige forbindelse til rammen (21; 21') og bensammensitllingenes (34) drivende middel (35, 36, 37) er konfigurert for å bevege penetreringsinnretningen i samme bane (Mm, Ml).

6. Penetreringsanordningen ifølge krav 5, hvori banen er normal i forhold til et plan definert av plateelementet (H) der hullet (O) er dannet.