NO160537B

NO160537B - DEFLECTOR DEVICE.

Info

Publication number: NO160537B
Application number: NO84843209A
Authority: NO
Inventors: Joseph R Roche; William L Clark
Original assignee: Hydril Co
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1989-01-16
Also published as: NO160537C; BR8307646A; JPS60500064A; NO843209L

Description

Denne oppfinnelse angår en avlederinnretning som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1. Avlederinnretningens oppgave er å omdirigere borefluid eller -slam og kaks som ellers ville bli blåst opp til riggdekket under et eventuelt tilbakeslag ved den innledende boring. Innretningen er spesielt beregnet for bruk i forbindelse med flytende boreutstyr. This invention relates to a diverter device as stated in the preamble to the subsequent claim 1. The diverter device's task is to redirect drilling fluid or mud and cuttings that would otherwise be blown up to the rig deck during any kickback during the initial drilling. The device is especially intended for use in connection with floating drilling equipment.

Ved boring av en olje- eller gassbrønn, opprettes et grunt borehull med stor diameter. Beskyttende drivrør eller lederør, som typisk har en diameter på tretti tommer (762 mm), festes i det grunne borehull gjennom hvilket boringen finner sted. Ved offshore-boring strekker et undervanns-stigerør seg fra sjøbunnen til den marine boreplattform. Strømningsavledere er typisk anordnet under riggdekket og mellom lederøret og boreriggens rotasjonsbord i den hensikt å sikre avlasting av ubalansert borehulltrykk som kan forårsake oppstrømning av borefluid i røret med tilstrekkelig kraft til at borefluidet strømmer ut fra toppen av røret og derved utgjør en fare for personell og utstyr. En slik situasjon, som kalles et "tilbakeslag", typisk av formasjonsgass-samlinger i fluidet i røret, opptrer ofte ved boring av topphull, og gjør det nødvendig med en strømningsavleder før utblåsningssikringene (også kalt boresikringsventiler) forbindes med boresystemer, særlig for offshore-anvendelser. En strømningsavleder er ansett for å When drilling an oil or gas well, a shallow borehole with a large diameter is created. Protective drive pipe or guide pipe, which is typically thirty inches (762 mm) in diameter, is fixed in the shallow borehole through which the drilling takes place. In offshore drilling, an underwater riser extends from the seabed to the marine drilling platform. Flow deflectors are typically arranged under the rig deck and between the guide pipe and the drilling rig's rotary table with the intention of ensuring the relief of unbalanced borehole pressure that can cause an upwelling of drilling fluid in the pipe with sufficient force for the drilling fluid to flow out from the top of the pipe and thereby pose a danger to personnel and equipment . Such a situation, which is called a "kickback", typically from formation gas collections in the fluid in the pipe, often occurs when drilling top holes, and makes it necessary to have a flow diverter before the blowout valves (also called drill safety valves) are connected to drilling systems, especially for offshore applications. A flow diverter is considered to

være nødvendig for sikker drift på en flytende offshore-borerigg, der boresikringsventiler plasseres på sjøbunnen først etter at foringsrøret er satt til en dybde, vanligvis flere hundre fot under sjøbunnen. be necessary for safe operation on a floating offshore drilling rig, where drill relief valves are placed on the seabed only after the casing is set to a depth, usually several hundred feet below the seabed.

Tidligere avledersystemer har hovedsakelig vært av to typer. Den første omfatter en strømningsavlederenhet som krever pakningsinnsatser av forskjellig diameter for å kunne oppta rørelementer av forskjellig diameter. Slike avledersystemer kan ikke avstedkomme fullstendig avstengning av uforet hull. Det annet system har omfattet en ringformet utblåsningssikring som er plassert over avlastnings- eller avløpsledningen der en ventil bringes i åpen tilstand først når den ringformete utblåsningssikring stenger rundt borerøret eller annen gjenstand i borehullet, som reaksjon på et tilbakeslag i borehull-ringrommet. Previous diverter systems have mainly been of two types. The first comprises a flow deflector unit which requires packing inserts of different diameters to be able to accommodate pipe elements of different diameters. Such diverter systems cannot provide complete closure of unlined holes. The other system has included an annular blowout preventer placed above the relief or drain line where a valve is brought into the open state only when the annular blowout preventer closes around the drill pipe or other object in the borehole, in response to a kickback in the borehole annulus.

I den første type strømningsavledere må pakningselementer skiftes ut for rørelementer av forskjellig størrelse som anvendes under boring og pakningselementene må fjernes under tripping av bunnhullenheten. En slik oppgave betyr hardt slit for riggpersonellet. Borehullet blir vanligvis etterlatt ubeskyttet når der ikke er noen gjenstand i borehullet, ettersom avlederen ikke er i stand til å stenge ved uforet hull. In the first type of flow deflectors, packing elements must be replaced by pipe elements of different sizes used during drilling and the packing elements must be removed during tripping of the downhole unit. Such a task means hard work for the rig personnel. The borehole is usually left unprotected when there is no object in the borehole, as the arrester is unable to close in the case of an unlined hole.

I den andre type strømningsavledersystem kan den totale høyde av den ringformete utblåsningssikring og av avlastnings-ledningens sideutløp under den ringformete utblåsningssikring kreve uforholdsmessig stort, fritt rom under riggdekket. In the second type of flow diverter system, the total height of the annular blowout preventer and of the relief line side outlet below the annular blowout preventer may require disproportionately large free space below the rigging deck.

For begge typer tidligere kjente systemer har der oppstått et betydelig sikkerhetsproblem som følge av kravet om åpning av en utvendig ventil i avlastningsledningen og stengning av ventilen som typisk leder til borerigg-fluidsystemets borekaks-sikt. Tidligere er slike ventiler ofte blitt stengt av riggpersonell iunder testing av strømningslederen, men etter at strømningsavlederen er blitt brakt i drift under boring, har man uforvarende tillatt utvendige ventiler å forbli stengt. I enkelte tilfeller er styresystemelementene uforvarnede blitt feilaktig koplet med den følge at alle avledersystemventilene samt selve avlederen stenges samtidig. Dersom kjente strømnings-avledere har stengt rundt'ringrommet til et borerør eller annen gjenstand i borehullet, har slike strømningsavledersystemer skapt en ekstremt farlig situasjon, og i enkelte tilfeller har de eksplodert med tap av liv og eiendeler som følge. For both types of previously known systems, a significant safety problem has arisen as a result of the requirement to open an external valve in the relief line and close the valve that typically leads to the drilling rig fluid system's cuttings sieve. In the past, such valves have often been closed by rig personnel during testing of the flow diverter, but after the flow diverter has been brought into operation during drilling, external valves have inadvertently been allowed to remain closed. In some cases, the control system elements have been incorrectly connected without warning, with the result that all the diverter system valves as well as the diverter itself are closed at the same time. If known flow diverters have closed the annulus of a drill pipe or other object in the borehole, such flow diverter systems have created an extremely dangerous situation, and in some cases they have exploded with loss of life and property as a result.

Som eksempler på teknikkens stand kan nevnes US patent-skrifter nr. 4 326 584 og 2 021 104 samt GB patentskrift nr. As examples of the state of the art, US patent documents no. 4 326 584 and 2 021 104 and GB patent document no.

135 811. 135,811.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe tetningsorganer for bruk i strømningsavlederanordningens hus for å tette rundt avlastnings- og strømningsledningene som er permanent montert i et hus under riggdekket. An object of the invention is to provide sealing means for use in the housing of the flow diverter device to seal around the relief and flow lines which are permanently mounted in a housing below the rigging deck.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en avlederinnretning av den innledningsvis nevnte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de øvrige, etterfølgende krav. This purpose is achieved according to the invention by a diverter device of the type mentioned at the outset, with the new and distinctive features which are indicated in the characteristics of the subsequent claim 1. Advantageous embodiments of the invention appear from the other, subsequent claims.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, i sammenheng med de medfølgende tegninger hvor: Figur 1 viser en borerigg 20 på et flytende boreskip, lekter eller halvt nedsenket fartøy som strømningsavlederanord-ningen er festet til under riggdekket og over borerørledningen som strekker seg til den undersjøiske overflate, Figur 2 viser en foretrukket utførelse av strømningsavleder-anordningen på plass i et hus og forbundet med avløps- og strømningsledninger der huset og avløpsledningene er festet under boreriggdekket, Figur 3 viser strømningsavlederanordningen i hvilken et ringformet pakningselement er blitt lukket rundt et rør i boringen i anordningen og i hvilken en avløpsledning er blitt åpnet og en strømningsledning er blitt stengt, Figur 4 viser en innrettingsnøkkel ved hjelp av hvilken strømningsavlederen kan innføres i et permanent hus og innrettes vinkelmessig i forhold til det permanente hus, Figur 4A viser detaljer ved innrettingsnøkkelen vist i figur 4, Figurene 5 til 10 viser i forskjellige riss og snitt en foretrukket utføringsform av tetningen utført i henhold til oppfinnelsen og anvendt for tetning rundt en åpning i anordningen som strekker seg enten til avløpsledningen eller strømningsled-ningen ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser en borerigg 20 på et flytende boreskip, lekter eller halvt nedsenket fartøy 21. Strømningsavlederen ifølge oppfinnelsen, som generelt er vist ved 22, er anordnet under boreriggen 20 i et permanent installert hus 24 som er montert under boreriggens 20 rotasjonsbord 28. Avlederen 22 er forbundet med et rør 30, i dette tilfelle et kuleledd eller fleksibelt ledd for forbindelse med et indre stigerørløp 32. I et boresystem på et flytende fartøy vil der typisk være et teleskopledd 34 som opptar fartøyets stampe-, duve- og rulle-bevegelse og stigerørledd 36 strekker seg til sjøbunnen der et Further features and advantages of the invention will be apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention, in connection with the accompanying drawings where: Figure 1 shows a drilling rig 20 on a floating drilling ship, barge or semi-submerged vessel to which the flow deflector device is attached below the rig deck and above the drilling pipeline extending to the subsea surface, Figure 2 shows a preferred embodiment of the flow diverter device in place in a housing and connected to drain and flow lines where the housing and drain lines are fixed below the drilling rig deck, Figure 3 shows the flow diverter device in which a annular packing element has been closed around a tube in the bore of the device and in which a drain line has been opened and a flow line has been closed, Figure 4 shows an alignment key by means of which the flow diverter can be introduced into a permanent housing and aligned angularly in relation to permanent house, F Fig. 4A shows details of the alignment key shown in Fig. 4, Figs. 5 to 10 show in various views and sections a preferred embodiment of the seal made according to the invention and used for sealing around an opening in the device that extends either to the drain line or the flow line according to the invention. Figure 1 shows a drilling rig 20 on a floating drilling ship, barge or semi-submerged vessel 21. The flow diverter according to the invention, which is generally shown at 22, is arranged below the drilling rig 20 in a permanently installed housing 24 which is mounted below the rotary table 28 of the drilling rig 20. The diverter 22 is connected to a pipe 30, in this case a ball joint or flexible joint for connection with an internal riser pipe run 32. In a drilling system on a floating vessel, there will typically be a telescopic joint 34 which accommodates the vessel's pitching, dove and roll movement and riser joint 36 extends to the seabed where a

brønnhodeelement 38 er anordnet rundt en tretti tommer (762 mm) rorledning 40 inn i jordoverflaten. wellhead element 38 is arranged around a thirty inch (762 mm) conduit 40 into the ground surface.

Det skal påpekes at selv om de foretrukne omgivelser i hvilke strømningsavlederen og -systemet er vist er i forbindelse med marin boring fra et flytende fartøy, kan oppfinnelsen også brukes med en strømningsavleder og -system for marin boring fra en på bunnen understøttet plattform eller for landboring fra en landbasert rigg. Figur 1 viser også en avløpsledningsinnrtning 42 og en strømningsledningsinnretning 43 som kan være permanent anordnet og festet til huset 24. Strømningsavlederens 22 forbindelse med huset 24 samt avløpslednings- og strømningsled-ningsanordningene vil bli nærmere beskrevet nedenfor. It should be pointed out that although the preferred environment in which the flow diverter and system is shown is in connection with marine drilling from a floating vessel, the invention can also be used with a flow diverter and system for marine drilling from a platform supported on the bottom or for land drilling from a land-based rig. Figure 1 also shows a drain line device 42 and a flow line device 43 which can be permanently arranged and attached to the housing 24. The connection of the flow diverter 22 to the housing 24 as well as the drain line and flow line devices will be described in more detail below.

Figur 2 viser den foretrukne utføringsform av strømnings-avleder og -system i hvilken tetningsorganet ifølge oppfinnelsen anvendes. Avlederen 22 er vist på plass i et hus 24 som er montert under riggdekket 44 der boringen 46 i avlederen 22 er på linje med rotasjonsbordets 28 boring. Avlederens 22 bredde er hensiktsmessig slik konstruert at den kan senkes gjennom rotasjonsbordet til inngrep med det permanent festete hus 24. Huset 24 er fiksert i forhold til riggdekket 44 ved hjelp av I-bjelker 46 som er festet ved hjelp av bæreelementer 47 som vist. Figure 2 shows the preferred embodiment of flow diverter and system in which the sealing member according to the invention is used. The deflector 22 is shown in place in a housing 24 which is mounted under the rig deck 44 where the bore 46 in the deflector 22 is aligned with the rotary table 28 bore. The width of the deflector 22 is suitably designed so that it can be lowered through the rotary table to engage with the permanently attached housing 24. The housing 24 is fixed in relation to the rig deck 44 by means of I-beams 46 which are attached by means of support elements 47 as shown.

Avlederen 22 omfattter en generelt sylindrisk hoveddel 50 The diverter 22 comprises a generally cylindrical main part 50

i hvis øvre parti et ringformet pakningselement 52 er anordnet. Avlederen omfatter et fotstykke 54 hvis øvre parti delvis understøtter det ringformete pakningselement 52. Et ringformet rom mellom fotstykket 54 og den ytre hoveddel 50 er innrettet til å oppta et første stempel, en ytre ventilhylse 56, og et annet, ringformet stempel 58. Det ringformete stempel 58 er stort sett av den type som anvendes i ringformete utblåsnings-sikringer (ringventiler). Den øvre del 110 av stempelet 58 er i form av en konisk skål for inngrep med pakningselementet 52 på vanlig måte. Et hode 60 danner strømningsavlederens topp-parti og er forbundet med hoveddelen 50 ved hjelp av pinneskruer 62. Et distansjestykke eller en slitering 64 holder pakningselementet 52 på plass i strømningsavlederhuset. in the upper part of which an annular packing element 52 is arranged. The deflector comprises a foot piece 54, the upper part of which partially supports the annular packing element 52. An annular space between the foot piece 54 and the outer main part 50 is arranged to receive a first piston, an outer valve sleeve 56, and a second, annular piston 58. The annular piston 58 is mostly of the type used in ring-shaped blow-out fuses (ring valves). The upper part 110 of the piston 58 is in the form of a conical bowl for engagement with the packing element 52 in the usual way. A head 60 forms the top part of the flow deflector and is connected to the main part 50 by means of stud screws 62. A spacer or wear ring 64 holds the gasket element 52 in place in the flow deflector housing.

Strømningsavlederen passer inn i boringen i det permanent monterte hus 24 og er festet ved hjelp av en låsemekanisme, som for eksempel flerskuldrete knaster 66 i inngrep med komplementære spor i avleder-hoveddelen 50. Knastene 66 drives av et stempel 68 og stang 70. En låsåpning 72 er anordnet for tilførsel av hydraulisk trykkfluid bak stempelet 68 for å drive knasten 66 i inngrep med avleder-hoveddelen 50. En frigjøringsåpning 74 er anordnet for å drive stempelet 68 bort fra avleder-hoveddelen for derved å frigjøre knastene 66. Arealet av stempelet 68 på dets låseside 69 er hensiktsmessig mindre enn dets frigjørings-side 69' for å lette frigjøring også dersom knastene har kjørt seg fast. The flow deflector fits into the bore in the permanently mounted housing 24 and is secured by means of a locking mechanism, such as multi-shouldered lugs 66 in engagement with complementary slots in the deflector body 50. The lugs 66 are operated by a piston 68 and rod 70. A locking opening 72 is arranged for the supply of hydraulic pressure fluid behind the piston 68 to drive the cam 66 into engagement with the diverter main part 50. A release opening 74 is arranged to drive the piston 68 away from the diverter main part to thereby release the cams 66. The area of the piston 68 on its locking side 69 is suitably smaller than its release side 69' to facilitate release even if the cams have jammed.

Strømningsledning er permanent montert i huset 24 ifølge oppfinnelsen. Et avløpsledningsorgan 80 og et borefluid-strømningsledningorgan 82 er vist permanent festet til huset 24, idet befestigelsen for eksempel utgjøres av sveiser 83, men strømningsledningsorganet kan med fordel festes ved hjelp av bolting eller andre festeorganer. Avløpsledningsorganet 80 strekker seg bort fra boreriggen slik at når avlederen åpner boringen i bore-rørledningen til avløpsledningen, kan borefluid under trykk ledes bort fra boreriggen og, når det gjelder et borefartøy, kan ledes til fartøyets leside. Strømningslednings-organet 82 ledes fortrinnsvis til boreriggens borefluidsystem, som regel til borekakssikten der borekaks som er blitt spylt av borefluidet fjernes fra fluidet og der fluidet kan gjeninnføres i boresystemet på konvensjonell måte. Flow line is permanently mounted in the housing 24 according to the invention. A drainage line member 80 and a drilling fluid flow line member 82 are shown permanently attached to the housing 24, the attachment being, for example, welds 83, but the flow line member can advantageously be attached by means of bolting or other fastening means. The drain line member 80 extends away from the drilling rig so that when the diverter opens the bore in the drill pipe to the drain line, pressurized drilling fluid can be directed away from the drilling rig and, in the case of a drilling vessel, can be directed to the leeward side of the vessel. The flow line member 82 is preferably led to the drilling fluid system of the drilling rig, usually to the cuttings screen where cuttings that have been flushed by the drilling fluid are removed from the fluid and where the fluid can be reintroduced into the drilling system in a conventional manner.

Det første stempel eller ventilhylse 56 er utformet med to kanaler eller hull 84 og 86 i hylseveggen. Likeledes er ringstempelet 58 utformet med to hull 88 og 90 i veggen som vist i figur 2. Dessuten er hull 92 og 94 utformet i fotstykkets 54 vegg. Likeldes er hull 96 og 98 utformet i avleder-hoveddel-veggen 50, etter innføring i huset 24, og er innrettet på linje med avløpsledningsorganet 80 og strømningsledningsorganet 82. The first piston or valve sleeve 56 is designed with two channels or holes 84 and 86 in the sleeve wall. Likewise, the ring piston 58 is designed with two holes 88 and 90 in the wall as shown in figure 2. In addition, holes 92 and 94 are designed in the wall of the foot piece 54. Likewise, holes 96 and 98 are formed in the diverter-main-part wall 50, after introduction into the housing 24, and are arranged in line with the drain line member 80 and the flow line member 82.

Figur 2 viser strømningsavlederen i dens normale tilstand hvorunder boreoperasjoner utføres gjennom boringen i avlederen og hvorunder tilbakeføringen av borefluid via ringrommet finner sted. Boringen i avlederen er innrettet for fluidkommunikasjon med boringen i borerørledningen som er festet under avlederen 22 som vist i figur 1. Borefluid tilbakeføres til boreriggens "slam"- eller fluidsystem via hullet 94 i fotstykket, hullet 90 i ringstempelet og derfra gjennom hullet 86 i ringhylsen 56 og hullet 98 i hoveddelveggen for fluidkommunikasjon gjennom strømningsledningsorganet til boreriggens fluidsystem. Figure 2 shows the flow diverter in its normal state during which drilling operations are carried out through the bore in the diverter and during which the return of drilling fluid via the annulus takes place. The bore in the diverter is arranged for fluid communication with the bore in the drill pipe which is attached below the diverter 22 as shown in figure 1. Drilling fluid is returned to the drilling rig's "mud" or fluid system via the hole 94 in the foot piece, the hole 90 in the ring piston and from there through the hole 86 in the ring sleeve 56 and the hole 98 in the main partition wall for fluid communication through the flow conduit to the drilling rig's fluid system.

På den annen side dekker ventilhylsens 56 øvre del 100 hullet 96 som er utformet i hoveddelen 50, slik at intet borefluid fra avlederens indre kan kommunisere med avløpsled-ningsorganet 80. Under normale boreoperasjoner er således ringpakningen 52 i sin normale, avlastete stilling hvorunder der dannes et ringformet rom mellom et eventuelt rør eller en gjenstand og boringen i avlederen og der foreligger fluidkommunikasjon mellom avlederboringen og strømningsledningsorganet 82. On the other hand, the upper part 100 of the valve sleeve 56 covers the hole 96 which is formed in the main part 50, so that no drilling fluid from the inside of the diverter can communicate with the drain pipe member 80. During normal drilling operations, the ring seal 52 is thus in its normal, relieved position under which an annular space between any pipe or an object and the bore in the diverter and there is fluid communication between the diverter bore and the flow guide member 82.

En hydraulikk fluidledning 102 står i forbindelse med et forråd (ikke vist) av hydraulikk-styrefluid under trykk via en åpning 104 for tilførsel av hydraulisk trykkfluid under ventilhylsestempelet 56 og ringstempelet 58. Under et "tilbakeslag" kan en operatør åpne åpningen 104 til forrådet av hydraulisk trykkfluid der trykkfluidet tilføres området 106 under ventilhylsen 56 og ringstempelet 58. A hydraulic fluid line 102 is connected to a supply (not shown) of hydraulic control fluid under pressure via an opening 104 for the supply of hydraulic pressure fluid under the valve sleeve piston 56 and ring piston 58. During a "kickback" an operator can open the opening 104 to the supply of hydraulic pressure fluid where the pressure fluid is supplied to the area 106 under the valve sleeve 56 and the ring piston 58.

Ventilhylsen 56 bringes til å beveges oppad i aksialretnin-gen før ringstempelet 58, fordi ventilhylsens 56 underside har større areal enn arealet under ringstempelet 58, og fordi den motvirkende effekt av ring-pakningselementet 52 på det koniske skålparti 110 av ringstempelet 58 og fordi det har mindre masse enn ringstempelet 58 som motvirker bevegelsen. Under et tilbakeslag driver hydraulikkfluid under ventilhylsen 56 og ringstempelet 58 ventilhylsen 56 oppad, hvorved hullet 86 i ventilhylsen 56 drives oppad og ut av flukt med hullet 98 i hoveddelveggen. Samtidig drives hullet 84 i ventilhylseveggen oppad og i flukt med hullet 96 i hoveddelens 50 vegg. The valve sleeve 56 is caused to move upwards in the axial direction before the ring piston 58, because the underside of the valve sleeve 56 has a larger area than the area under the ring piston 58, and because the counteracting effect of the ring packing element 52 on the conical cup portion 110 of the ring piston 58 and because it has less mass than the ring piston 58 which counteracts the movement. During a backlash, hydraulic fluid under the valve sleeve 56 and ring piston 58 drives the valve sleeve 56 upwards, whereby the hole 86 in the valve sleeve 56 is driven upwards and out of alignment with the hole 98 in the main part wall. At the same time, the hole 84 in the valve sleeve wall is driven upwards and flush with the hole 96 in the wall of the main part 50.

Ringstempelet 58 begynner å bevege seg etter ventilhylsen 56 og derved vil stempelets 58 øvre koniske skålparti 110 tvinge pakningselementet 52 radielt innad. Når ventilhylsen 56 beveger seg oppad, er den øvre overflate 111 på hylsen 56 innrettet for inngrep med en nedadvendt skulder eller ansats 112 på stempelets 58 koniske skålparti, hvilket gir ytterligere oppadrettet kraft til stempelet 58 inntil ventilhylsen når sin maksimale oppadbevegelse. Stempelet 58 beveges fortsatt oppad inntil ringrommet mellom borerøret eller annen gjenstand i borehullet og boringen i avlederen skal stenges. The ring piston 58 starts to move after the valve sleeve 56 and thereby the piston 58's upper conical cup part 110 will force the sealing element 52 radially inwards. As the valve sleeve 56 moves upward, the upper surface 111 of the sleeve 56 is arranged to engage a downward facing shoulder or shoulder 112 on the conical cup portion of the piston 58, which provides additional upward force to the piston 58 until the valve sleeve reaches its maximum upward movement. The piston 58 is still moved upwards until the annulus between the drill pipe or other object in the borehole and the bore in the diverter is to be closed.

Figur 3 viser avlederen etter at ringstempelet 58 og ventilhylsen 56 har beveget seg til sine "aktiverte" stillinger og har brakt ringpakningselementet 52 til å stenge om røret 112 Figure 3 shows the diverter after the ring piston 58 and the valve sleeve 56 have moved to their "activated" positions and have brought the ring packing member 52 to close the tube 112

i boringen i avlederen. Hullet 84 i ventilhylsen 56 har beveget seg til det er i flukt med hullet 96 for derved å tillate fluidkommunikasjon via hullet 92 som er utformet i avlederens fotstykke og hullet 88 i veggen til ringstempelet 58. Eventuell boretrykkfluid i avlederboringen blir på sikker måte avledet bort fra boreriggen via avløpsledningsorganet 82. Hullet 88 er tilstrekkelig stort til at strømning mellom boringen i hoveddelen via hullet 92 ikke hindres når stempelet 58 beveges oppad. in the bore in the arrester. The hole 84 in the valve sleeve 56 has moved until it is flush with the hole 96 to thereby allow fluid communication via the hole 92 formed in the diverter foot and the hole 88 in the wall of the ring piston 58. Any drilling pressure fluid in the diverter bore is safely diverted away from the drilling rig via the drain line member 82. The hole 88 is sufficiently large that flow between the bore in the main part via the hole 92 is not impeded when the piston 58 is moved upwards.

Den nedre del 214 av ventilhylsen 56 dekker, som vist i figur 3, hullet 98 som er i flukt med strømningsledningsorganet 82, og hindrer derved ytterligere fluidkommunikasjon mellom avlederboringen og strømningsledningsorganet 82 til borefluidsystemet. Avstengning av strømningsledningsorganet 82 vil derved hindre at muligvis meget ildsfarlig borefluid under trykk skal strømme til rigg-borefluidsystemet. Når det dreier seg om en flytende borerigg, kan fluidsystemet befinne seg i avgrenset del av borefartøyet og vil kunne skape ekstremt farlige forhold dersom borefluidstrømmen, som står under trykk av gass fra en undergrunnsformasjon, ikke avbrytes så hurtig som mulig. The lower part 214 of the valve sleeve 56 covers, as shown in Figure 3, the hole 98 which is flush with the flow guide member 82, thereby preventing further fluid communication between the diverter bore and the flow guide member 82 to the drilling fluid system. Shutting off the flow conduit 82 will thereby prevent possibly highly flammable drilling fluid under pressure from flowing to the rig-drilling fluid system. When it comes to a floating drilling rig, the fluid system can be in a restricted part of the drilling vessel and can create extremely dangerous conditions if the flow of drilling fluid, which is under pressure from gas from an underground formation, is not interrupted as quickly as possible.

Figur 2 viser også en innretning som sikrer at ventilhylsen 56 ikke unnlater å stenge strømningsledningsorganet 82 og åpne avløpsledningsorganet 80 under tilbakeslag. En ring 114 som er anordnet i nedre del av ringstempelet 58 er innrettet for inngrep med en ringformet skulder eller ansats 116 på ventilhylsen 56. Dersom ventilhylsen 56 skulle sette seg fast og hindres fra å bevege seg oppad når hydraulikk-fluid påtrykkes under dets areal 106, ville stempelets 54 ring 114 under sin oppadbevegelse komme i inngrep med ansatsen 116 og derved tvinge ventilhylsen 116 oppad. Ringen 114 ville tvinge hylsen 56 oppad inntil hullet 84 kommer i flukt med hullet 96 for derved å åpne boringen i avlederen til avløpsledningsorganet 96 og samtidig bevirke at ventilhylsens 56 nedre parti dekker hullet 98 i avlederboringen og derved hindrer ytterligere fluid-kommunikasjon til borerigg-fluidsystemet. Figure 2 also shows a device which ensures that the valve sleeve 56 does not fail to close the flow line member 82 and open the drain line member 80 during backlash. A ring 114 which is arranged in the lower part of the ring piston 58 is arranged for engagement with an annular shoulder or shoulder 116 on the valve sleeve 56. If the valve sleeve 56 should become stuck and prevented from moving upwards when hydraulic fluid is pressed under its area 106 , the ring 114 of the piston 54 during its upward movement would come into engagement with the shoulder 116 and thereby force the valve sleeve 116 upwards. The ring 114 would force the sleeve 56 upwards until the hole 84 aligns with the hole 96 to thereby open the bore in the diverter to the drain line member 96 and at the same time cause the lower part of the valve sleeve 56 to cover the hole 98 in the diverter bore and thereby prevent further fluid communication to the rig fluid system .

Organer er anordnet for tilbakeføring av strømningsavlederen til dens normale, stilling etter at en farlig situasjon er blitt avklart. En hydraulikkledning 120 er via en port 122 anordnet for tilkopling til et forråd av hydraulisk styrefluid under trykk til et areal 126 over en ansats som er utformet i bunnen av ventilhylsen 56. Når hydraulikk-fluid via porten 104 fjernes, vil tilføring av hydraulisk trykkfluid via porten 122 drive ventilhylsen 56 nedad til dens normale stilling. Means are provided for returning the flow diverter to its normal position after a dangerous situation has been resolved. A hydraulic line 120 is arranged via a port 122 for connection to a supply of hydraulic control fluid under pressure to an area 126 above a shoulder which is formed in the bottom of the valve sleeve 56. When hydraulic fluid via port 104 is removed, supply of hydraulic pressure fluid via the port 122 drives the valve sleeve 56 downward to its normal position.

Ansatsen 116 i inngrep med ringen 114 presser ringstempelet 58 nedad til dets hvile- eller normal-stilling. The shoulder 116 in engagement with the ring 114 presses the ring piston 58 downwards to its rest or normal position.

Et antall tetningsorganer er innrettet til å holde enten hydraulisk trykkfluid under ventilhylsen 56 og ringstempelet 58 eller til å tette rundt andre åpninger og hull i stemplene og hoveddel-veggene. For eksempel hindrer tetningsorganer 121 og 122 at hydraulisk trykkfluid under ventilhylsen 56 skal unnslippe til avlederens indre. Likeledes tetter tetningsorganer 124 og 126 mot tap av hydraulikk-fluid under ringstempelet 58. Tetningsorganer 130 og 132 danner tetning for ringstempelets 58 øvre koniske skålseksjon 110 når stempelet beveges oppad for å tvinge det ringformete pakningselement radielt innad. A number of sealing means are arranged to hold either hydraulic pressure fluid under the valve sleeve 56 and the ring piston 58 or to seal around other openings and holes in the pistons and main part walls. For example, sealing members 121 and 122 prevent hydraulic pressure fluid under the valve sleeve 56 from escaping to the interior of the diverter. Likewise, sealing members 124 and 126 seal against loss of hydraulic fluid under the ring piston 58. Sealing members 130 and 132 form a seal for the ring piston 58's upper conical bowl section 110 when the piston is moved upwards to force the annular packing element radially inwards.

I henhold til oppfinnelsen er enhetlige tetninger 140 anordnet på avlederens 22 vegg 50 for avtetning av avlederveggen 50 mot veggen i det permanente hus 24 samt også for å danne tetning med ventilhylsen 56 idet denne beveges oppover åpningene 96 og 98 i hoveddelveggen. En nærmere beskrivelse av en foretrukket utføringsform av tetningene 140 er angitt nedenfor. According to the invention, uniform seals 140 are arranged on the wall 50 of the diverter 22 to seal the diverter wall 50 against the wall of the permanent housing 24 and also to form a seal with the valve sleeve 56 as this is moved up the openings 96 and 98 in the main part wall. A more detailed description of a preferred embodiment of the seals 140 is given below.

Som det fremgår av figur 4, som viser et parti av et tverrsnitt gjennom ledningen.4-4 vist i figur 2, er organer anordnet for å rette inn avlederen 22 i det permanent monterte hus 24. Som tidligere omtalt er avlederen innrettet til å nedsenkes ved hjelp av borerigg-løpeblokken gjennom rotasjonsbordet og inn i boringen i huset 24. Organer er anordnet for å rette inn avlederen 22 både aksielt og vinkelmessig slik at hullene 96 og 98. er i flukt med det permanent monterte avløps-ledningsorgan 80 og strømningsledningsorgan 82 som er permanent festet til huset 24. Aksiell innretting oppnås ved anordning av en innadvendt ringformet ansats 150 i det permanente hus 24 og en komplementær, utadvendt ansats 151. Inngrep mellom de komplementære ansatser 150 og 151 bringer avlederen til hvile når den er korrekt aksielt eller vertikalt rettet inn i huset 24. As can be seen from Figure 4, which shows a portion of a cross section through the wire. 4-4 shown in Figure 2, means are arranged to align the diverter 22 in the permanently mounted housing 24. As previously discussed, the diverter is arranged to be immersed by means of the drilling rig running block through the rotary table and into the bore in the housing 24. Means are provided to align the diverter 22 both axially and angularly so that the holes 96 and 98 are flush with the permanently mounted drain conduit 80 and flow conduit 82 which is permanently attached to the housing 24. Axial alignment is achieved by the arrangement of an inwardly facing annular shoulder 150 in the permanent housing 24 and a complementary, outwardly facing shoulder 151. Engagement between the complementary shoulders 150 and 151 brings the diverter to rest when it is axially correct or vertically directed into the housing 24.

Vinkelmessig innretting oppnås ved hjelp av en innrettings-nøkkel eller -kile 160 som strekker seg gjennom veggen 50, gjennom ventilhylsen 56 og gjennom ringstempelet 58 til inngrep med fotstykket 54. Kilens 160 hode 162 strekker seg delvis ut fra veggen 50 for inngrep i en aksial slisse 164 som er utformet i et parti av husets 24 vegg. Kilen 160 virker til å hindre vinkelomdreining av ventilhylsen 56 og ringstempelet 58 for derved å sikre at hullene 84 og 86 i ventilhylsen 56 og hullene 88 og 90 i ringstempelet 58 ikke beveges ut av vinkel-retting såsnart avlederen er på plass i det permanente hus 24. Den utadstikkende del av kilens 160 hode 162 som passer inn i slissen 164, sikrer at avlederen 22 er vinkelmessig innrettet i forhold til huset 24, slik at hullet 96 i hoveddelveggen er i flukt med avløpsledningensorganet 80 og hullet 98 er i flukt med strømningsledningsorganet 82. Slissen 164 i huset utgjør det middel ved hjelp av hvilket hodeforlengelsen 162 sikrer den vinkelmessige innretting. Angular alignment is achieved by means of an alignment key or wedge 160 which extends through the wall 50, through the valve sleeve 56 and through the ring piston 58 for engagement with the foot piece 54. The head 162 of the wedge 160 extends partially from the wall 50 for engagement in an axial slot 164 which is formed in a part of the housing 24 wall. The wedge 160 acts to prevent angular rotation of the valve sleeve 56 and the ring piston 58 to thereby ensure that the holes 84 and 86 in the valve sleeve 56 and the holes 88 and 90 in the ring piston 58 are not moved out of alignment as soon as the deflector is in place in the permanent housing 24 The protruding part of the head 162 of the wedge 160 which fits into the slot 164 ensures that the diverter 22 is angularly aligned with the housing 24, so that the hole 96 in the main part wall is flush with the drain conduit member 80 and the hole 98 is flush with the flow conduit member 82 The slot 164 in the housing constitutes the means by which the head extension 162 ensures the angular alignment.

En slisse 165, som er vist i figur 4A, er utformet i kilen 160 slik at borefluid i ringrommet som strekker seg mellom hullene 92 og 94 i fotstykket 54 og hullene 88 og 90 i ringstempelet 58 ikke hindres på grunn av selve kilen fra å strømme opp eller ned, men isteden kan strømme fritt gjennom kilen. Som det best fremgår av figur 2 og 3 er hydraulikk-fluidporten 104 og 122 også innrettet i flukt med åpninger 170 og 172 i avlederens 22 hoveddel 50 når innrettingskilehodet 162 passer inn i innrettingssporet 164 i det permanente hus 24. Tetningsorganer 180 og 182 danner en tetning rundt den hydrauliske fluidåpning 170, mens tetningsorganer 184 og 186 tetter rundt åpningen 172 i forhold til veggen til det permanente hus 24. A slot 165, which is shown in Figure 4A, is formed in the wedge 160 so that drilling fluid in the annulus extending between the holes 92 and 94 in the foot piece 54 and the holes 88 and 90 in the ring piston 58 is not prevented by the wedge itself from flowing up or down, but instead can flow freely through the wedge. As can best be seen from Figures 2 and 3, the hydraulic fluid port 104 and 122 are also aligned flush with openings 170 and 172 in the main body 50 of the deflector 22 when the alignment wedge head 162 fits into the alignment groove 164 in the permanent housing 24. Sealing members 180 and 182 form a seal around the hydraulic fluid opening 170, while sealing members 184 and 186 seal around the opening 172 relative to the wall of the permanent housing 24.

Det er således anordnet et middel ved hjelp av hvilket avlederen 22 enkelt rettes inn både aksielt og vinkelmessig slik at kanalene i veggen til avlederens hoveddel rettes inn i flukt med avløpslednings- og strømningsledningsorganene samt med de hydrauliske porter for drift av avlederen. A means is thus arranged by means of which the diverter 22 is easily aligned both axially and angularly so that the channels in the wall of the main part of the diverter are aligned flush with the drain conduit and flow conduit members as well as with the hydraulic ports for operation of the diverter.

I figur 2 er kilens 160 stilling vist når avlederen er i en normal, ikke påvirket tilstand. Slissene 290 og 292 viser slissene i detjførste stempel eller ventilhylse 56 og andre stempel eller i^ingstempel 58 som tillater hylsen og stempelet å bevege seg i forhold til den faste kile 160. Figur 3 viser kilens 160 stilling når ventilhylsen 56 og ringstempelet 58 har beveget seg oppad under en nødsituasjon. In Figure 2, the position of the wedge 160 is shown when the diverter is in a normal, unaffected state. The slots 290 and 292 show the slots in the first piston or valve sleeve 56 and second piston or i^ing piston 58 which allow the sleeve and the piston to move in relation to the fixed wedge 160. Figure 3 shows the position of the wedge 160 when the valve sleeve 56 and the ring piston 58 have moved up during an emergency.

I figur 2 er vist et utad-forløpende, ringformet rom 200 som er innrettet til å oppta et testeverktøy, som derved simulerer et testerør eller annen gjenstand som strekker seg gjennom boringen i huset og rundt hvilket den ringformete pakningsenhet 52 kan lukkes med sikte på å teste avlederens funksjon. Figure 2 shows an outwardly extending, annular space 200 which is arranged to receive a test tool, which thereby simulates a test tube or other object which extends through the bore in the housing and around which the annular packing unit 52 can be closed with a view to test the diverter function.

Figur 5-10 viser den enhetlige tetning 140 ifølge oppfinnelsen, som er anordnet i avlederens 22 vegg 50. Tetningen er innrettet til å festes i veggen rundt åpningen 96 eller åpningen 98 i hoveddelens vegg. Hullene 96 og 98 er hensiktsmessig avlange på hoveddel-veggens innside, men sirkulære på veggens utside. Hensikten med å anordne en slik kanal gjennom hoveddel-veggen er å holde høyden av hullet i hoveddel-veggens indre på et minimum, samtidig som der opprett-holdes et maksimalt areal for utløpskanalen for ikke å vesentlig hindre strømningen gjennom denne for derved å hindre at der oppstår potensielt farlig mottrykk under avlastning gjennom avløp i en nødsituasjon. ifølge oppfinnelsen er det hensiktsmessig å anordne en utløpskanal med minste mulig høyde i det indre av avlederveggen, slik at der kreves mindre aksiell oppadbevegelse av ventilhylsen 56 for enten å åpne eller stenge hullet. På den annen side er avløpsledningsorganet 80 og strømningsledningsorganet 82 normalt sylindriske rørelementer med en sirkulær åpning, hvilket krever at utløpet på avlederens utvendige vegg har sirkulær form. Figures 5-10 show the unitary seal 140 according to the invention, which is arranged in the wall 50 of the diverter 22. The seal is arranged to be fixed in the wall around the opening 96 or the opening 98 in the wall of the main part. The holes 96 and 98 are appropriately oblong on the inside of the main wall, but circular on the outside of the wall. The purpose of arranging such a channel through the main part wall is to keep the height of the hole in the interior of the main part wall to a minimum, while at the same time maintaining a maximum area for the outlet channel so as not to significantly impede the flow through it and thereby prevent that potentially dangerous back pressure occurs during relief through drains in an emergency situation. according to the invention, it is appropriate to arrange an outlet channel with the smallest possible height in the interior of the diverter wall, so that less axial upward movement of the valve sleeve 56 is required to either open or close the hole. On the other hand, the drain line member 80 and the flow line member 82 are normally cylindrical pipe members with a circular opening, which requires the outlet on the outer wall of the diverter to be circular in shape.

Følgelig er der rundt åpningen i hoveddel-veggen hensiktsmessig anordnet et enhetlig tetningselement 140 for avtetting mot det permanente hus på avlederveggens utside og mot ventilhylsens 56 bevegelse på avlederveggens innside. Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen er tetningen utført som et formet eller støpt element som er enkelt å fremstille, slik at det blir unødvendig å maskinere to hull med uvanlig form i hvert avlederhus idet slike hull er kostbare og forholdsvis vanskelige å maskinere. Tetningselementet 140 er således fortrinnsvis et enhetlig element av elastomer-materiale og har fortrinnsvis et innstøpt støtteelement for øket styrke. Alternativt kan tetningselementet 140 være et enhetlig element som er fremstilt av ikke-elastomer-materialer. For eksempel kan det bestå av støpestål, keramikk eller et sammensatt materiale. Accordingly, a uniform sealing element 140 is appropriately arranged around the opening in the main part wall for sealing against the permanent housing on the outside of the deflector wall and against the movement of the valve sleeve 56 on the inside of the deflector wall. According to another feature of the invention, the seal is made as a shaped or cast element which is easy to produce, so that it becomes unnecessary to machine two holes of an unusual shape in each diverter housing, since such holes are expensive and relatively difficult to machine. The sealing element 140 is thus preferably a unitary element of elastomer material and preferably has a cast-in support element for increased strength. Alternatively, the sealing member 140 may be a unitary member made of non-elastomer materials. For example, it can consist of cast steel, ceramics or a composite material.

Figur 5 viser tetningselementet sett fra dets utside, og det fremgår av figuren at åpningen 141 på dets utside er av sirkulær natur og at det innvendige hullet 142 er avlangt. Figure 5 shows the sealing element seen from its outside, and it appears from the figure that the opening 141 on its outside is of a circular nature and that the internal hole 142 is elongated.

Ytre tetningsringer 143 er vist for avtetting av det permanente hus 142 mot avleder-hoveddelens utside. Figur 8 viser tetningselementet sett fra avlederens innside og viser at den indre åpning 142 har avlang form hvor åpningens høyde er mindre enn dens bredde. Den ytre sirkulære åpning 141 er også vist. En innvendig tetningskant 144 er anordnet for avtetting mot ventilhylsen 56 når denne enten kommer i flukt med åpningen 142 eller avtetter åpningen med en øvre del av hylsen der avløpsledningsorganet er dekket eller den nedre del av stempelet der strømningsledningsorganet er dekket. En tetningsskulder eller -ansats 145 er anordnet for avtetting av tetningsenheten 140 mot husveggen 50. Figur 6 viser tetningselementets form sett fra den side av elementet der den avlange åpning 142 er vist, såvel som den sirkulære åpning 141. Et metallisk støtte-element 190 er hensiktsmessig anordnet i tetningselementet 140 og strekker seg helt rundt den krumme overflate som avgrenses av elementet som forbinder den sirkulære åpning 141 med den avlange åpning 142. Figur 9 og 10 viser i tverrsnitt hvorledes støtte-elementet 190 fortrinnsvis er anordnet i selve tetningselementet. Outer sealing rings 143 are shown for sealing the permanent housing 142 against the diverter main body exterior. Figure 8 shows the sealing element seen from the inside of the diverter and shows that the inner opening 142 has an elongated shape where the height of the opening is less than its width. The outer circular opening 141 is also shown. An internal sealing edge 144 is arranged for sealing against the valve sleeve 56 when this either comes flush with the opening 142 or seals the opening with an upper part of the sleeve where the drain line member is covered or the lower part of the piston where the flow line member is covered. A sealing shoulder or shoulder 145 is arranged for sealing the sealing unit 140 against the housing wall 50. Figure 6 shows the shape of the sealing element seen from the side of the element where the elongated opening 142 is shown, as well as the circular opening 141. A metallic support element 190 is appropriately arranged in the sealing element 140 and extends all the way around the curved surface delimited by the element that connects the circular opening 141 with the oblong opening 142. Figures 9 and 10 show in cross section how the support element 190 is preferably arranged in the sealing element itself.

Forskjellige modifikasjoner og endringer i de beskrevne konstruksjoner vil fremgå klart for fagmenn på området ifølge ovenstående beskrivelse, som ikke avviker fra oppfinnelsens ramme. Various modifications and changes in the described constructions will be clear to experts in the field according to the above description, which do not deviate from the scope of the invention.

Claims

1. Diverter device, comprising a housing (24) with an axially through bore (46) for receiving a drill string (112), a gasket (52) for sealing the annulus around the drill string, and at least one channel (96, 98) in the house wall (50) which is connected to a drainage line (42, 43) outside the house, which channel (96, 98) connects an elongated hole (142) in the inside of the wall (50) with a largely circular hole (141) in the outside of the wall (50), characterized by a seal mounted in the channel, which seal comprises a unitary element (140) which has an outer section which is substantially adapted to the curvature of the cylindrical housing wall (50) outside and has a substantially circular opening (141) with at least one substantially circular sealing attachment (143) arranged outward from the circular opening (141), an inner section which is substantially adapted to the curvature of the inside of the cylindrical housing wall (50) and has an elongated opening (142) with a first elongated sealing projection (144) arranged outwardly from the elongated opening (142), a connecting section between the outer section and inner section with a bore that connects the circular hole (141) with the oblong hole (142), as well as means (145) for sealing the seal to the housing wall (50).

2. Device according to claim 1, characterized in that the unitary element (140) is constructed of elastomer material.

3. Device according to claim 2, characterized in that at least one rigid support element (190) is embedded in the elastomer material.

4. Device according to claim 6, characterized in that the rigid support element (190) has an outer section which is arranged around the upper opening, an inner section which is arranged around the curved surface formed by the bore that connects the circular hole (141 ) with the oblong hole (142) and an inner section arranged around the inner opening.

5. Device according to claim 1, characterized in that the unitary element (140) is constructed of composite material and that the circular sealing shoulder (143) and the elongated sealing shoulder (145) are constructed of elastomer material.

6. Device according to claim 1, characterized in that the unitary element (140) is constructed of steel and that the circular sealing shoulder (143) and the elongated sealing shoulder (145) are constructed of elastomer material.

7. Device according to claim 1, characterized in that the unitary element (140) is constructed of ceramic material and that the circular sealing shoulder and the elongated sealing shoulder are constructed of elastomer material.

8. Device according to claim 1, characterized in that the means for sealing the seal to the housing wall (50) is another elongated sealing shoulder (145) which is arranged on the inner section and outside the first elongated sealing shoulder (143).