NO841281L - Innretning paa kompensasjon av bevegelser i et stigeroersystem til en offshore plattform. - Google Patents

Abstract

En innretning for kompensasjon av bevegelser. i et stigerørsystem til en offshore plattform,. særlig en flytende plattform, utformet med en innretning for opptak av strekkvariasjoner i stigerørsystemet.For å kunne oppta både slike strekkvariasjoner iog. andre bevegelser i stigerørsystemet,. dvs. både horisontale og vertikale bevegelser på en enkel og driftssikker måte i de tilfeller hvor den nedre stigerørsdel er utformet som en buet overgang fra vertikalretning til en retning parallell med havbunnen er det på havbunnen anordnet et fundament (4,5) for mottak og videre-føring av stigerøret. I området (9) ved den øvre ende av stigerørets buede overgang (2) er det festet et stag (11,13) som ved sin andre ende er forbundet med fundamentet (4,5) via en leddkobling (14). Den nedre stigerørsdel (2) kan være utformet. som en separat føring for inntrekking av rør som. er beregnet på tilkobling på plattformen. Ved. i slakt forankrede plattformer kan det for opptak. av strekkvariasjoner eller vertikale bevegelser være anordnet et lodd (10) på en plattform festet til det leddede stag (11,13). Ved en strekk forankret plattform kan staget være stivt og være forbundet med fundamentet over et universalledd.

Description

Innretning på kompensasjon av bevegelser i et stigerørsystem til en offshore plattform.

Oppfinnelsen vedrører en innretning for kompensasjon av bevegelser i et stigerørsystem til en offshore plattform, med en innretning for opptak av strekkvariasjoner i stigerør-systemet.

Ved den utvikling som idag finner sted ved utvinning av olje og petroleumsprodukter fra offshoreplattformer har tenden-sen i stadig større grad vært at man forsøker å utnytte olje-felt også på større dyp. For å unngå store kostnader og lange byggetider slik man har ved faste plattformer vurderes også bruken av flytende plattformer i forbindelse med en sammenkobling ved undervanns-produksjonsutstyr.

Undervanns-produksjonsutstyr kan f.eks. bestå av 4-10 brønner med tilhørende sikkerhets- og kontrollutstyr som er beskyttet av en ramme. Slikt utstyr brukes sammen med faste eller flytende offshore plattformer bl.a. for å kunne utvinne deler av reservoarer som ikke vil kunne nås ved å bore på skrå fra et punkt rett under plattformen.

Dette bevirker at det er nødvendig med et betydelig antall forbindelser mellom de respektive undervanns-produksjonsenheter og plattformen, noe som f.eks. kan belyses med et eksempel for en 4-brønnsenhet: det er der nødvendig med en transportledning diameter 35,5 cm for den produserte olje, fire ledninger med diameter 6,25 cm for brønnvedlikehold samt en tilsvarende led-ning for retur, to ledninger med diameter 5 cm for kjemika-lieinjeksjon og to ledninger med diameter 5 cm for hydraulisk væske og retur. Videre er det nødvendig med elektriske ledninger og signalkabler og alle disse ledninger og kabler kan om-sluttes av et beskyttelsesrør slik at det dannes en rørbunt med en ytre diameter på 66 cm.

Slike rørbunter må kobles såvel til undervannsenheten som til plattformen og på de dyp der slike konstruksjoner er

aktuelle, må arbeidet gjøres uten bruk av dykkere. Når det brukes en flytende plattform er det nødvendig med tre tilkoblinger for hver rørbunt, en ved undervannsenheten, en mellom rørbunten og stigerørsfundamentet og endelig den nedre tilkobling av sti-

gerørene til sitt fundament på havbunnen. For en stor utbyg-ging, slik man f.eks. har på "Troll"-feltet er det planlagt ca. 10 undervannsinstallasjoner og det kreves følgelig et tilsvarende antall rørbunter som må kobles til stigerørsfundamentet og videre et tilsvarende antall stigerør-sett, hver med ca. 10 rør og 3-6 elektriske forbindelser. Kompleksiteten av slike konstruksjoner og følgelig kostnadene, vedlikeholdsbehovet og risikoen for produksjonstap på grunn av svikt har inntil nu hindret bruk av flytende plattformer i slike anvendelser. For faste plattformer trekkes beskyttelsesrørene opp til plattformdekket gjennom buede foringsrør eller de trekkes inn til f.eks. en plattform av "Condeep"-typen i rom i bunnen av plattformen.

I begge tilfeller unngår man to av de tre forbindelsene som kreves for tilkobling av en undervannsinstallasjon til en flytende plattform. Man vil imidlertid ved alle typer plattformer ha visse problemer ved bevegelser i vannet.

Spesielt stigerørene for flytende plattformer vil medføre komplikasjoner. De idag kjente konstruksjoner er beregnet til å bevege seg med ca. +/- 9 m i hiv (dvs. vertikalt) og +/- 15 m horisontalt med ca. 15 sekunders periode i en 100-års storm. I tillegg vil det oppstå vertikal bevegelse på grunn av tidevann og horisontalbevegelse på grunn av strøm. For å begrense vinkeldeformasjoner og bøyemomenter spesielt i bølgesonen og ved nedre innfesting av stigerørende holdes disse i strekk og ved et vanndyp på f.eks. 350 m og ved et antall stigerør som antydet ovenfor vil det bli nødvendig med en strekkraft i størrel-sesorden flere tusen tonn. Dette vil igjen nødvendiggjøre tunge og komplekse konstruksjoner for å opprettholde kraften med de store og raske bevegelsene som hivkompenseringssystemet må konstrueres for og videre kreves leddforbindelser i bunnen av hvert stigerør for å oppta vinkeldeformasjoner som kan være 10-14°.

For å motvirke problemene ved bevegelser ombord på plattformer og i stigerørsystemer har det vært benyttet forskjellige typer systemer. Et vanlig slikt system er et hivkompenseringssystem hvor det anvendes hydrauliske sylindre, akkumulatorer samt mekaniske utvekslinger. I den forbindelse kan det benyttes leddforbindelser som er bygget opp ved en kombinasjon av stål og gummi. Et alternativ til et hivkompenseringssystem på et plattformdekk har vært å henge et lodd på den nedre del av sti-gerøret og å styre loddet ved hjelp av armer. En slik konstruksjon vil kreve et ekstra ledd for hvert stigerør og vil øke kompleksiteten av utstyr på havbunnen, mens fordelen ved systemet er at det unngås plasskrevende hivkompenseringssyste-mer og røroverføringer på selve plattformdekket. Et alternativ til leddet sammenbygget av stål og gummi, har vært å utnytte elastisiteten i selve stigerørsmaterialet, idet det har vært benyttet en veggtykkelse i røret som har en økende tykkelse mot innfestningen for således å fordele bøyebelastningen. En ulempe ved en slik konstruksjon er at strekk i stigerøret, som er nød-vendig for å begrense vinkelutslag vil forårsake et bøyemoment som belaster røret ved innfestingen. Hvis man forlenger stige-rørets bue for å kunne oppta større vinkeldeformasjon, vil belastningen fra dette bøyemoment øke og konstruksjonen kan bli umulig å gjennomføre ved bruk av stål ved større vanndybde og større diameter. Det har vært på tale å benytte titan i stedet for stål, men man vil herved i stedet få korrosjonsproblemer.

Oppfinnelsen har til hensikt å tilveiebringe en innretning med hvilken det kan tilveibringes en kompensasjon av bevegelsen i stigerørsystemet på en enklere og mere gunstig måte enn det som er omtalt ovenfor. Oppfinnelsen er særlig rettet mot kob-ling av produksjon- og kontrolledninger fra undervanns-produk-sjonsanlegg til flytende plattformer med stort dyptgående og derved små bevegelser, såsom halvt neddykkbare plattformer eller strekkforankrede plattformer. Oppfinnelsen er ikke begrenset til denne type plattformer og heller ikke den angitte ledningstype.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å unngå behovet for sammenkobling av rørbunter under en flytende plattform, ved at rørbuntene føres som en enhet fra undervannsenheten til et tørt kammer nær bunnen av den flytende plattform, der de på kjent måte kan forbindes med plattformens prosess- og kontrollutstyr. Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å oppnå best mulige forhold med hensyn til diameter, strekkraft og vinkelutslag for konstruksjonen av stigerørsledningene. Det skal dessuten oppnås en konstruksjon hvor det fremkommer så lite slitasje og ved-

likehold som mulig.

Disse hensikter blir oppnådd ved en innretning som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen, som viser: Fig. 1 en førsteutførelsesform for en innretning ifølge oppfinnelsen, sett i et skjematisert sideriss, Fig. 2 et tilsvarende riss av en annen utførelsesform, og Fig. 3 et tilsvarende riss av en tredje utførelsesform for bruk i forbindelse med en strekkforankret plattform.

En konstruksjon ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 1. Innretningen omfatter her en nedre del 2 av et stigerør, hvilken del er utformet som en bue og hvor delens nedre ende er forankret til sjøbunnen i en til sjøbunnen parallell, tilnærmet horisontal stilling. Stigerørets ende er festet ved hjelp av en klemme 6 som er festet til en slede 5 som utgjør en del av et fundament og som peles fast gjennom en peleføring 7. Strekket fra stigerøret vil bli overført til et lodd 10 fra et punkt på stigerøret 2 som er beliggende nær overgangen fra den nedre dels øvre ende til den vertikale, rette del av stigerøret. Loddet 10 er anbragt på en bæredel som styres av en eller flere armer 11 som er festet til sleden 5 med en leddkobling 14. Armene 11 er ved den plattform hvor loddet 10 er plassert ledd-forbundet med den arm som overfører kraften fra loddet 10 til det øvre festepunkt 9 på stigerørsdelen 2. Denne tilnærmet loddrett forløpende arm er betegnet med 13. Armene 11 og 13 danner ti Isammen en leddarmkobling og kan betraktes som to deler av stagforbindelsen mellom fundamentet (sleden 5) og festepunktet ved 9.

En annen utforming av oppfinnelsen er vist på fig. 2. Her utgjøres stigerørsbuen 2 av en buet føring som selve rørbunten trekkes gjennom slik som ved faste plattformer. Ved denne utfø-relse er det naturlig at sleden 5 utgjør en permanent del av selve stigerørsfundamentet 4 og installeres sammen med dette. Herved kan en inntrekningswire 8 fastgjøres til enden av rør-bunten. For å gi buen 2 den stivhet som kreves for inntrekning-en kan den midlertidig understøttes eller forsterkes. En slik utforming kan være særlig egnet for rørbunter med mindre ytre diameter. Det fremgår av figurene at bøyningspåkjenningene på stigerørsdelen av rørbunten 1 kan begrenses så langt som ønske-lig og at loddet 10 kan gjøres så tungt som nødvendig. Lengden for buedelen 2 mellom klemmen 6 og festepunktet 9 og buens radius kan fritt velges ut fra den nødvendige diameter for røret i buedelen 2, bevegelsene som plattformen påfører konstruksjonen samt de materialer som benyttes. Jo lengre buen 2 velges og jo mindre rørdiameteren er, desto mindre torsjonsog bøyespenninger vil røret bli utsatt for.

Det er selvsagt mulig på kjent måte å bruke varierende veggtykkelse og diameter på forskjellige steder av stigerørs-buen 2, og/eller styre dens bevegelse ved hjelp av traktformede konstruksjoner for å redusere de maksimale spenninger som konstruksjonen utsettes for. På fig. 1 og 2 er loddet eller vektbelastningen 10 antydet plasssert slik at det utøves en horisontal kraft på buen 2. Denne kraft kan konstruktivt avpasses slik at den balanserer horisontalkomponenten som opptrer ved festepunktet 9 som følge av buens 2 vekt i vann.

Videre er det mulig å utforme sleden 5 og armene 11 slik at de beskytter buen 2 mot strøm, da buen 2 nødvendigvis må utformes med et nokså langt fritt spenn.

Det vil også være mulig å utforme endene på armene 11 som bladfjærer e.l. slik at en også her utnytter materialelastisi-teten til å unngå bevegelige ledd som kan slites.

Vinkelen for armene 11 og stivheten i festeklemmen 9, kan med fordel avpasses slik at spenningsvariasjoner i buen 2 mini-maliseres. Det kan også anordnes en støtte mellom armen 11 og under buen 2. Det skulle også være klart at fundamentutførel-sene er uavhengige av om det anvendes en utførelse med førings-rør eller ikke.

Konstruksjonen ifølge fig. 1 eller 2 er tenkt benyttet på plattformer av den halvt neddykkbare type, såsom en slakt forankret plattform-type. En slaktforankret plattform som f.eks. beskrevet i norsk patentsøknad 8 2 34 89 er beregnet til ved en 100-årsstorm å bevege seg +/1,2 m vertikalt og utsetter stige-røret for +/4° vinkeldeformasjon. I tilfelle skader kan bevegelsene øke til +/- 4 m og +/15°. Hvis man forutsetter en god stålkvalitet, 20 års levetid inkl. én skade med konsekvenser som beskrevet, vil et rør med en ytre diameter på ca. 66 cm kreve en bue med ca. 40 m radius og sleden 5 blir 70 m lang. Konstruksjonen vil også være anvendbar for andre ledninger som fortsetter langs sjøbunnen.

Ved strekkforankrede plattformkonstruksjoner vil det ikke oppstå like stor vertikal bevegelse som ved de ovennevnte plattformtyper. De vertikale variasjonene vil derfor kunne absorberes relativt enkelt ombord på plattformen, istedet for av et leddet stag med et lodd slik som vist på fig. 1 og 2. Staget kan derfor utformes uten mellomledd og overføre kreftene direkte mellom fundamentet og den vertikale stigerørsdel, slik som vist på fig. 3. Leddkoblingen skal her kun oppta svinge-eller pendelbevegelser, dvs. utslag i horisontalplanet og det kan derfor anvendes et universalledd 14'. Staget 15 fra leddet 14' til festepunktet eller festeklemmen 9 vil her ha fast lengde, og kan utformes med en passende grad av bøyestivhet, slik at bøyemomentet som oppstår i buen 2 når stigerøret beve-ger seg overføres i ønsket grad fra buen 2 til stigerøret.

Hvis innretningen ifølge oppfinnelsen er utformet slik som vist på fig. 1, vil stigerøret, sleden og rørbunten kunne fremstilles som en enhet for uttauing til anbringelsesstedet. Loddet 10 forutsettes da midlertidig fastgjort til sleden 5 og vekten utbalansert av oppdriftstanker 12 (fig.l).

Når konstruksjonen er ankommet til anbringelsesstedet vil man trekke sleden 5 inn til stigerørsfundamentet 4 ved hjelp av wiren 8 og låse sleden 5 til fundamentet 4. Det kan være ønske-lig å forankre den bakre del av sleden og rørbunten 1 ved å pele konstruksjonen fast til sjøbunnen gjennom peleføringer 7.

Deretter forbindes inntrekningsanordningen 3 med en wire til en vinsj på plattformen, loddet 10 frigjøres fra sleden 5 slik at stigerøret kan kobles til plattformen på kjent måte.

Med konstruksjonen ifølge oppfinnelsen vil det være mulig å plassere rørbunter på et utvinningsfelt før den flytende plattform er plassert, eller også på et senere tidspunkt hvis nødvendig.

Ved en utforming i samsvar med fig. 2, vil man fabrikere stigerørsfundament 4 og rammen 5 som en enhet og sette dette på plass, med en inntrekningswire 8 allerede tredd gjennom buen 2. Man kobler deretter enden av inntrekningswiren henholdsvis enden av rørbunten, som forutsettes å ligge på havbunnen, til en vinsj på plattformen, og rørbunten 1 vil deretter trekkes gjennom buen 2 opp til tilkoblingspunktet på plattformen, prak-tisk talt som ved en fast plattform.

Deretter fastgjøres klemmene 6 og 9 for å forankre rørbun-ten og eventuelle midlertidige avstivninger fjernes fra buen 2 og loddet 10.

Utførelsen som er skissert på fig. 3 er vist som en føringsrørutførelse, men kan selvfølgelig også utformes uten føringsrør. Den vil også kunne utformes med slede som vist på fig. 1 og utplasseres etter samme metode som beskrevet ovenfor.

Claims (8)

1. Innretning for kompensasjon av bevegelser i et stigerør-system til en offshore plattform, særlig en flytende plattform, med innretning for opptak av strekkvariasjoner i stigerør-systemet, karakterisert ved en nedre stige-rørsdel (2), utformet som en buet overgang fra en vertikal retning til en retning, parallell med havbunnen, et fundament (4,5) på havbunnen for mottak og videreføring av stigerøret, samt stag (11,13,15) som er festet til stigerøret i området (9) ved den øvre del av stigerørets buede overgang (2), og ved sin andre ende er forbundet med fundamentet (4,5) via en leddkobling (14, 14').

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at staget er utformet av to, med en ytterligere ledd-forbindelse sammenkoblede armer (11,13).

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at det til staget (11,13) er festet en vektbelastning (10), fortrinnsvis et lodd, som er anordnet ved leddforbindel-sen mellom armene (11,13).

4. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved leddkoblingen er et universalledd (14'), og at staget (15) danner en stiv forbindelse til festepunktet på stigerørs-delen.

5. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at stigerørsystemet omfatter flere stigerør som er ført til et felles fundament (4,5), hvorved leddkoblingen (11,13,15) er forbundet (9) med de respektive stigerør.

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at fundamentet (4,5) er delt i en basisdel (4) for fes-ting til sjøbunnen og en slede (5) som er innfestbar i basis-delen (4), hvilken slede omfatter festepunktet for leddkoblingen (11,13,15).

7. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det ved enden av den buede del (2) av stigerøret løs-bart er festet en oppdriftsanordning (12).

8. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at neynte nedre stigerørsdel (2) utgjøres av en separat føring, hvorigjennom kan trekkes en rørledning, hvis øvre ende' er beregnet på å tilsluttes plattformen (fig.2).