NO995923L - Neddykket rörledning for transport av fluider såsom olje og/eller gass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en neddykket rørledning for transport av fluider såsom olje og/eller gass.

Store mengder rør er i de senere år blitt lagt på havbunnen i forbindelse med utvinning av olje og gass til havs.

Rørene legges enten fritt oppå havbunnen, eventuelt med i avstand fra hverandre anordnete festepunkter, eller graves ned i havbunnen og tildekkes.

Det er tidligere kjent løsninger der det benyttes flyteelementer i forbindelse med leggingen av en rørledning. Disse flytelegemene tjener imidlertid ikke som oppdriftslegemer for en flytende, permanent oppankret rørledning, men fjernes etter at ledningen er kommet på plass på havbunnen.

I områder hvor havbunnen er meget ujevn med høye topper og dype og brede nedsenkninger (daler) på store havdyp, kan de eksisterende rørleggingsmetodene ikke benyttes.

I henhold til oppfinnelsen er det kommet frem til en neddykket rørledning som erkarakterisert vedat den er anordnet flytende i hele eller i det minste deler av sin lengde idet rørledningens oppdrift er fremskaffet ved hjelp av i avstand fra hverandre anordnete flytelegemer og/eller flytemateriale anordnet i et hovedsakelig jevnt påført skikt rundt rørledningen, eventuelt i kombinasjon med vekter eller synkemateriale og idet rørledningen er forankret til havbunnen med i avstand fra hverandre anordnete stag eller forankringsliner.

Uselvstendige krav 2-5 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til vedføyde tegninger der: Fig. 1 viser en skisse av en del av en neddykket flytende rørledning med i avstand fra hverandre anordnete forankringsliner anordnet i V-form og med pppdriftslegemer anordnet for hvert forankringspunkt. Fig. 2 viser det samme som i Fig. 1, men hvor oppdriftslegemene er jevnt fordelt langs hele rørledningen. Fig. 3 viser en neddykket flytende rørledning med bare en vertikal forankringsline for hvert forankringspunkt. Fig. 4 viser en neddykket flytende rørledning der rørledningen er anordnet i bueform mellom hvert forankringspunkt. Fig. 5 og 6 viser to forskjellige oppdrift-/vektbelastningssituasjoner for et oppankret rør. Fig. 7 viser en neddykket flytende rørbuntløsning med skråttstilte forankringsliner.

Fig. 8 viser i større målestokk et tverrsnitt av rørbuntløsningen vist i Fig. 5.

Til forskjell fra konvensjonelle rørleggingsmetoder for neddykkede rørledninger der rørene 1 legges oppå eller nedgraves i havbunnen i hele sin lengde, består foreliggende oppfinnelse i at den enkelte rørledning gjøres flytende i hele eller deler av sin lengde og forankres til havbunnen i en avstand fra denne. Rørforankringene kan være i form av forankringsliner eller stag anordnet i V-form 2 (skråttstilte) som vist i Fig. 1 og 2 eller som en enkel, vertikal line eller stag 3 som vist i Fig. 3. Alternativt kan rørledningen være anordnet i en bue og være festet til sine ender direkte til forankringspunkter 4 på havbunnen, uten forankringsliner, som vist i Fig. 4. For å holde rørledningen flytende, benyttes oppdriftslegemer, f.eks. ett oppdriftslegeme 5 for hvert opplagringspunkt som vist i Fig. 1, oppdriftslegemer 6 jevnt fordelt langs hele rørledningen som vist i Fig. 2, 3 og 4, et jevnt tykt flyteskikt anordnet rundt rørledningen i hele sin lengde (ikke vist), eller en kombinasjon av disse løsningene. Flytelegemene kan være i form av tette, hele legemer av stål eller annet metallisk materiale, eller det kan være fremstilt av skummet plastmateriale, f.eks. polypropylen eller PVC.

Når det gjelder forankringene innbefatter disse, foruten linene/stagene som nevnt ovenfor, også et forankringspunkt 7 i havbunnen og rørklammer (ikke vist) for festing av linen/staget til røret. Forankringspunktet 7 i havbunnen kan utgjøres av et gravitasjonsanker, pilaranker, sugeanker, plateanker eller penetreringsanker.

Som vist i figurene kan rørledningen være forsynt med en eller to, eventuelt også flere, forankringsliner for hvert forankringspunkt. Beregninger viser imidlertid at det av hensyn til lateral stivhet og av dynamiske hensyn vil være mest hensiktsmessig å benytte to forankringsliner anordnet i V-form. Skråstillingen (vinkelen) for linene/stagene vil være bestemt av bl.a. strekket i begge linene/stagene ved de aktuelle belastningsforhold for rørledningen.

For øvrig kan linene/stagene være i form av fibertau av aramid, polyester etc, stålwirer, stålkjeder, eller stive stag av stål, titan, kompositter e.l.

Et vesentlig forhold ved flytende rørledninger som må løses er svingninger (vibrasjoner) indusert av tilstedeværende vannstrømmer. Svingningene kan over tid føre til utmatning og i bestemte situasjoner føre til ukontrollerte overbelastninger ved egensvingninger som i verste fall kan resultere i brudd.

En måte å kontrollere svingningene på er ved å påføre rørledningen strekk i aksiell retning. Mest hensiktsmessig bør rørledningen når den legges (installeres), fylt med vann, ha form av en rett linje. Ved tømming av rørledningen vil det aksielle strekket som følge av netto oppdrift av selve rørledningen og flytelegemer gi den mest gunstige svingefrekvenssituasjonen, dvs. ved høyere egenfrekvenser.

En annen måte å kontrollere svingene på er ved å. variere avstanden mellom opplagringspunktene (rørseksjonene/rørspennene). Disse avstandene må velges slik at egenfrekvensene for rørseksjonene vil være høyere enn grenseverdien for eksitasjonsfrekvensen, generert av den omkringsværende vannstrømmen.

Den bakenforliggende teorien viser at rørseksjoner med ulik lengde har ulik egenfrekvens. Ettersom rørseksjonene vil "foretrekke" å svinge med sin egen egenfrekvens, vil naboseksjoner av ulik lengde bidra til å dempe hverandres svingeamplitude.

I områder med varierende vannstrømhastighet langs røret vil seksjonenes lengde kunne tilpasses lokal strømhastighet og dermed øke rørets utmattingslevetid.

Fordelaktig bør strekket i rørledningen og avstanden mellom opplagringspunktene avstemmes og optimaliseres slik at det oppnås minimale spenningspåkjenninger i rørledningen.

Den totale rørsystemstivhet er representert ved en kombinasjon av strekk (kabeleffekt) og bøyeeffekt. Med økende avstand mellom oppankringspunktene vil kabeleffektene være dominerende. Den maksimale statiske nedbøyningen/avbøyningen som følge av oppdrift/vekt for et oppankret rør, kan ut i fra en ren kabelbetraktning beregnes ved uttrykket:

hvor (se også Fig. 5 og 6):

W = avbøyningen mellom oppankringspunktene

q = distribuert, netto oppdrift/vekt

L = lengden mellom oppankringspunktene

Neff= effektivt strekk

= det virkelige strekket i røret, korrigert for utvendig og innvendig trykk.

Svingefrekvensen (vibrasjonsfrekvensen) til et rør kan med utgangspunkt i dette-bestemmes ved:

hvor:

fn = egenfrekvensen (Hz) for svingeform nummer n

M = fordelt masse (inkl. medsvingende vannmasse)

El = bøyestivheten til røret

Av ovenstående formler kan enkelt sees at egenfrekvensene til et flytende, oppankret rør kan endres ved bl.a. å endre det effektive strekket, Neff, og lengden, L, mellom oppankringspunktene.

På den annen side må det også tas hensyn til deformasjon (utbøying) og bøyemoment for røret. I Fig. 5 og 6 vises eksempler på to forskjellige belastninssituasjoner for et oppankret rør som gir ulike bøyemoment- og deformasjonsresutater.

I Fig. 5 er det vist et rør hvor det bare benyttes oppdrift og hvor oppdriften er jevnt fordelt langs røret. Utbøyningen (deformasjonen), W, for røret skjer ved dette eksempelet kun i retning oppad. Her vil det som det kan ses av nederste diagram i

Fig. 5, oppstå maksimalt bøyemoment ved det enkelte oppankringspunkt for røret. Denne belastningssituasjonen er mindre gunstig enn f.eks. belastningssituasjonen vist i Fig. 6 hvor det vekselvis mellom hvert oppankringspunkt benyttes jevnt fordelt oppdrift respektive jevnt fordelt vekt langs røret. Ved en slik belastningssituasjon vil det minste momentet finnes ved oppankringspunktene, som antydet i det nederste diagrammet i figuren.

Selv om belastningsmønsteret er det mest gunstige sett i forhold til bøyemomentet i røret, vil et rør med et slikt belastningsmønster være vanskeligere å legge enn et rør som har jevnt fordelt oppdrift som nevnt ovenfor. For flytende rør må det altså ikke bare tas hensyn til forhold som knytter seg til den ideelle/optimale situasjon for røret når det er ferdig lagt, men også forhold som knytter seg til selve leggeprosessen.

Oppfinnelsen slik den er definert i vedføyde krav er ikke begrenset til en enkel rørledning, men gjelder også to eller flere rørledninger, f.eks. anordnet i en bunt. I

Fig. 7 og 8 vises et eksempel på en rørbunt som er anordnet inne i et omkringliggende rør 8 og som er forbundet med forankringslinene 2 via en rørklave 9. Her vil det omkringliggende røret kunne danne oppdriften for den "totale" rørledningen/bunten.

Claims (5)

1. Neddykket rørledning for transport av fluider såsom olje og/eller gass, karakterisert ved at rørledningen (1) er flytende i hele eller i det minste deler av sin lengde, idet oppdriften er fremskaffet ved hjelp av i avstand fra hverandre anordnete flytelegemer og/eller flytemateriale (5,6) anordnet i et hovedsakelig jevnt påført skikt rundt rørledningen, eventuelt i kombinasjon med vekter eller synkemateriale, og idet rørledningen er forankret til havbunnen med i avstand fra hverandre anordnete stag eller forankringsliner (2).

2. Neddykket rørledning ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at rørledningen er påført strekk i lengderetningen.

3. Neddykket rørledning ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at strekket i rørledningen optimaliseres i forhold til ønskede egenfrekvenser ved en kombinasjon av virkningene av mekanisk strekk ved leggingen av rørledningen, virkning av indre og ytre trykk, temperaturvirkning og oppdrift og vektfordeling langs røret.

4. Neddykket rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at avstanden (L) mellom forankringspunktene (2,7) er forskjellig og bestemt i forhold til rådende strømningsforhold på stedet.

5. Neddykket rørledning ifølge de foregående kravene 1-4, karakterisert ved at egenfrekvensen/e for hver seksjon (L) av rørledningen bestemmes ved:

fn = egenfrekvens for svingemode n M = distribuert masse, inkl. medsvingende vannmasse El = bøyestivheten for røret.