DE2817842A1

DE2817842A1 - Spannvorrichtung fuer das steigrohr einer oelplattform

Info

Publication number: DE2817842A1
Application number: DE19782817842
Authority: DE
Inventors: William David Stevenson
Original assignee: Brown Brothers and Co Ltd
Current assignee: Brown Brothers and Co Ltd
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1979-01-11
Also published as: DE2817842B2; DE2817842C3; GB1600740A; NO781415L; US4215950A; NO147120B; FR2388126A1; NO147120C; NL7804369A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Abstützen der Ölfördereinrichtung, insbesondere eines Steigrohres, an einer Plattform, die eine feste oder schwimmende Plattform oder z.B. ein Schiff sein kann.

Die Einrichtungen zum Aufnehmen des Öls von einer oder mehreren Bohrungen und zu seiner Förderung zu einer Verladestelle umfassen normalerweise ein Steigrohr, welches einen Verteilerkopf und Förderleitungsanschluß trägt. Das Steigrohr ist normalerweise an der Plattform durch eine Aufhängung, die als Spannvorrichtung bezeichnet wird, aufgehängt. Bekannte

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Spannvorrichtungen verwenden Stahlseile, die über Führungsrollen laufen, die an dem Deck der Plattform oder des Schiffes befestigt sind. Diese Stahlseile sind am einen Ende mit einer Spannvorrichtung an der tragenden Struktur der Plattform oder des Schiffes befestigt und am anderen Ende mit dem Steigrohr verbunden, das auf diese Weise von den Stahlseilen aufgehängt ist.

Bei den bekannten Konstruktionen kann der Bruch eines Stahlseiles erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Auch wird das Deck der Plattform oder des Schiffes durch die auf die Seilrollen wirkenden Kräfte sehr stark belastet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung zum Abstützen eines Steigrohres zu schaffen, die keine Stahlseile benötigt, das Deck der Plattform oder des Schiffes von den Spann- und Abstützkräften entlastet und welches so ausgebildet sein kann, daß die erforderliche Spann- oder Abstützkraft an dem Steigrohr auch bei Ausfall eines Teils der Spannvorrichtung aufrechterhalten werden kann.

Eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Kardanringanordnung mit zwei relativ zueinander beweglichen Elementen, von denen das eine mit dem Steigrohr verbindbar ist, und mindestens ein Paar von Arbeitszylindern, die einerseits mit der Plattform und andererseits mit dem einen

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Element der Kardananordnung verbunden sind, sowie Führungsmittel, die von dem anderen Element der Kardananordnung ge tragen werden und die Kardananordnung parallel zum Steigrohr führen.

Vorzugsweise sind die Arbeitszylinder rings um das Steig rohr und parallel zu diesem angeordnet. In diesem Fall können die Arbeitszylinder auf der einen Seite starr mit der Platt form verbunden sein, während sie auf der anderen Seite mit der Kardananordnung ebenfalls starr oder mittels Schwenklagern oder Universallagern verbunden sein können.

Die Kardananordnung -umfaßt vorzugsweise einen inneren Ring, der schwenkbar mit einem äußeren Ring verbunden ist und mit dem schwenkbar die Arbeitszylinder verbunden sind. Der äußere Ring kann Führungsrollen tragen, die in vertikalen Führungsschienen geführt sind, wobei vorzugsweise die Achse der Schwenkverbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Ring in einer vertikalen Ebene mittig zwischen den Führungsschienen liegt.

Vorzugsweise sind mindestens zwei Paare von Arbeitszylindem vorgesehen, die in gleichen Winkelabständen um den Kar danring angeordnet sind, wobei die Zylinder jedes Paares einander diametral gegenüberliegen.

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Die Zylinder können auch im Winkel zum Steigrohr angeordnet sein und sind dann an einem festen Teil der Plattform schwenkbar befestigt, während ihre Kolbenstange mit einem Schwenk- oder Universalgelenk mit dem inneren Ring der Kardananordnung verbunden ist. Jeder Zylinder kann an der Plattform an seinem Ende oder an einer Stelle zwischen seinen Enden gelagert sein. Die Zylinder können so angeordnet sein, daß sich die Kolben nach oben erstrecken, d.h. daß die Kardananordnung oberhalb der Zylinder liegt, oder daß sich die Kolbenstangen nach unten erstrecken, so daß sich die Kardananordnung unterhalb der Zylinder befindet.

Die Arbeitszylinder können von teleskopischer Bauart sein, d.h. daß die Kolben mehrere ineinanderschiebbare Sektionen aufweisen, so daß sich bei kurzer Baulänge eine große Hublänge ergibt.

Die Arbeitszylinder können mit einem Druckversorgungssystem über Ventile verbunden sein, die es ermöglichen, jedes p_aar von einander gegenüberliegenden Arbeitszylindern unabhängig von den übrigen Zylindern zu steuern. Das Druckmittelsystem kann auch Einrichtungen aufweisen, um den Druck im Bedarfsfall über den normalen Betriebsdruck zu steigern. Ein Alarmsystem kann vorgesehen sein, um diese Situation anzuzeigen.

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Insbesondere kann das Druckmittelsystem Druckausfallfühler aufweisen, die gesondert allen Zylindern zugeordnet sind, wobei die Einrichtung so getroffen ist, daß, wenn ein Druckfühler einen Druckausfall in dem einem Zylinderpaar zugeordneten Druckmittelkreis feststellt, dieser Druckmittelkreis von dem Druckversorgungssystem abgetrennt und der Druck in den übrigen Zylindern um einen solchen Betrag erhöht wird, daß die gesamte Abstützkraft gleichbleibt.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Ausführungsform der
Spannvorrichtung mit fest an der Bohrplattform befestigten
Zylindern.

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung mit zum Steigrohr nicht parallelen Zylindern, die an
einem festen Teil der Plattform angelenkt sind und nach oben gerichtete Kolbenstangen haben.

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3, wobei der Deutlichkeit halber das durch den Ring 8 verlaufende
Steigrohr weggelassen ist.

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Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform mit zum Steigrohr nicht parallelen Zylindern, deren Kolbenstangen nach unten gerichtet sind.

Fig. 6 ist ein vereinfachtes Diagramm des Drucksystems für die Spannvorrichtung mit Kompensationsmittel für den Ausfall der Druckmittelzufuhr zu einem der Zylinderpaare.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Produktionsplattform bezeichnet und mit 2 ein Produktionssteigrohr, wobei die ausgezogenen Linien die oberste Stellung und die strichpunktierten Linien die unterste Stellung des Steigrohres angeben. Mit 3 ist eine Kardanringanordnung bezeichnet, die mittels eines an ihr befestigten Armkreuzes am Steigrohr befestigt ist. Diese Kardanringanordnung ist durch Lenker 4 mit Kolben 5 verbunden, die in Zylindern 6 beweglich sind. Die Kolben 5 und Zylinder 6 bilden Arbeitszylinder, die bei 7 an festen Teilen der Plattform 1 schwenkbar gelagert sind. Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind die Zylinder so gerichtet, daß die Kolbenstangen nach unten ragen, so daß sich die Kardanringanordnung 3 unter den Zylindern befindet. Die Zylinder 6 sind hydropneumatische Zylinder, die von einer Druckluftzufuhr aus beaufschlagt werden können.

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In den übrigen Zeichnungen sind die Teile, dis den Teilen von Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeich net. In Fig. 2 und 3 sind· mit 61 und 6B die einander diametral gegenüberliegenden Zylinder von swsi Zjlinder-paaren "bezeichnet, die bei 7 an festen Teilen d@r Plattfora gelenkig gelagert sind derart, daß die Kolbenstangen 5 sich aach, oben erstrecken, so daß sich die Kardanringanordnyng 3 übsr den Zylindern befindet. Mit 8 und 9 (Fig. 3) ist ein innerer υχ\ά ein äußerer Ring der Kardanringanordnung bezeichnet. Der iansre Ring 8 trägt das Armkreuz, welches am Steigrohr 2 festgeklemmt wird. Ein Klemm element des Armkreuzes ist bei 10 angedeutet_s während der Rest des Armkreuzes für die klarere Darstellung weggelassen worden ist. Der innere Ring ist mit einander gegenüberliegenden Schwenklagern 11 am äußeren Ring 9 gelagert. Die Kolben 5 der Zylinder 6A und 6B sind bei 12 an inneren Ring 8 angelenkt. Der äußere Ring 9 trägt einander diametral gegenüberliegende Schwenkzapfen 13, deren Achsen im rechten Winkel zu den Achsen der Schwenklager 11 stehen. Die Schwenkzapfen 13 greifen in Lager 14 ein, an denen Führungsrollen 15 gelagert sind, die in Führungsschienen 16 eingreifen.

Gemäß Fig. 4 sind die Zylinder 6A und 6B an der Plattform 1 befestigt, wobei ihre teleskopischen Kolben 5 durch Lenker 4 mit dem inneren Ring 8 verbunden sind. Die Konstruktion ist deutlicher in Fig. 5 dargestellt. Die Lenker 4 sind schwenkbar

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an den Lagerösen 17 des inneren Ringes 8 der Kardananordnung gelagert. Die übrigen Teile mit den Bezugszeichen 9, 13* 14, und 16 entsprechen den ebenso bezeichneten Teilen von Fig. 3. Die Schwenklager, mit denen der innere Ring 8 mit dem äußeren Kardanring 9 verbunden ist, sind in Fig. 5 nicht sichtbar, jedoch sind die Achsen dieser Schwenklager alle rechtwinklig zu den Achsen der Schwenkzapfen 13.

In Fig. 6 ist der Teil des Druckmittelkreislaufes dargestellt, der die Einrichtung für den Druckausfall enthält.

18A und 18B sind Fühler, die einen Druckausfall in dem Versorgungskreis der Zylinder 6A bzw. 6B erfassen, wobei jedes Zylinderpaar abwechselnd mit einem Druckluftgefäß mit hohem Druck und einem Druckluftgefäß mit niedrigem Druck verbindbar ist, und zwar mittels der Ventile 19A und 2OA für die Zylinder 6A bzw. den Ventilen 19B und 2OB für die Zylinder 6B. Die beiden Ventile 19A und 2OA sind druckluftbetätigt und durch hydropneumatische Akkumulatoren 21B mit den beiden Zylindern 6a verbunden. Der Druckluftkreis der Zylinder 6A ist auch mit einem Ventil 22A verbunden, welches in seine geschlossene Stellung federbelastet ist und durch Druckluftbetätigung geöffnet werden kann, um eine Ausblasleitung freizugeben. Die Ventile 19B und 2OB sind mit einem Ventil 22B verbunden, welches in seine geschlossene Stellung federbelastet ist und durch Druckluftbetätigung geöffnet werden kann, um eine Ausblasleitung

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freizugeben. Die Ventile 19A und 2OA sowie 19B und 2OB können derart druckluftbetätigt werden, daß sie alternativ in die geöffnete bzw. geschlossene Stellung gebracht werden, wobei der Betätigungsdruck von einer Steuereinheit 23 gesteuert wird, die ihrerseits von den Druckausfallfühlern 18A und 18B steuerbar ist. Die Verbindung zwischen den Druckausfallfühlern 18A und 18B und der Steuereinheit 23 erfolgt über ein Handsteuersystem 24, mit dem die automatische Steuerung der Steuereinheit 23 übersteuert werden kann. Die Versorgungsleistung für die Druckausfallfühler 18A und 18B wird von einem Niederdruckkompressor 25 geliefert.

Bei Verwendung der Vorrichtung wird das Produktionssteigrohr 2 von dem Armkreuz gehalten, welches von dem inneren Ring 8 getragen wird, der an dem äußeren Ring 9 der Kardanan-Ordnung 3 gelagert ist. Der innere Ring 8 ist durch Schwenklager 12 mit den Kolben 5 der Zylinder 6A und 6B verbunden, und da die Zylinder 6A und 6B an einem festen Teil der Plattform befestigt sind, wird das Gewicht des Steigrohres von der Plattform getragen, wenn die Zylinder 6A und 6B mit einem den Betriebsbedingungen entsprechenden Druck beaufschlagt sind.

Die Zylinder werden mit dem Betriebsdruckmittel von den Akkumulatoren 21A und 21B versorgt, wobei der Druck des Druckmittels in den Zylindern durch den zugeführten Luftdruck über dem Druckniveau des Druckmittels in den Akkumulatoren 21A und 21B gehalten wird. Da die Zylinder 6A und 6B an einem festen

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Teil der Konstruktion der festen oder schwimmenden Plattform befestigt sind, muß das Deck der Plattform oder des Schiffes nicht das Gewicht des Steigrohres aufnehmen. Vertikale Bewegungen des Steigrohrs 2 werden durch Einstellen des Luftdruckes, der der Oberfläche der Druckflüssigkeit in den Akkumulatorzylindern 21A und 21B zugeführt wird, erhalten.

Bei den Konstruktionen nach Fig. 1 und 2 erfordern vertikale Lageänderungen des Steigrohres Schwenkbewegungen der Zylinder 6A und 6b um die Schwenklager 7, mit denen die Zylinder mit der Plattform verbunden sind. Die schwenkbare Verbindung der Kolben 5 mit dem inneren Ring 8 ermöglicht es, daß sich das Steigrohr 2 geradlinig bewegt, während die Zylinder schwenken. Bei der Konstruktion nach Fig. 4 bleiben die Zylinder, die parallel zur Achse des Steigrohrs verlaufen, fest in ihrer Position, und es ist deshalb keine Schwenkmöglichkeit für die Zylinder vorgesehen. Wenn sich das Steigrohr vertikal bewegt, wird der äußere Ring 9 der Kardananordnung 3 durch die Rollen 15 in den Führungsschienen 16 geführt. Die Kardananordnung verhindert eine Übertragung von Querspannungen auf das Steigrohr, trotz eventueller Bewegungen der Plattform, insbesondere wenn es sich um eine schwimmende Plattform handelt.

Bei dem normalen Betrieb der Spannvorrichtung werden die Ventile 22A und 22B durch ihre Federn in der geschlossenen Lage gehalten, und die Ventile 19A und 19B werden ebenfalls in

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der geschlossenen Stellung gehalten₃ während die Ventile 2A und 2B offen sind. Niederdruckluft wird durch die Ventile 2OA und 2OB den Akkumulatoren 21A und 21B zugeführt und bewirkt einen Druck auf der Unterseite der Kolben der Zylinder 6A und 6b, welches der normale Abstützungsdruck bei Betrieb sämtlicher Zylinder ist, so daß die gemeinsame Schubkraft aller Zylinder ausreicht, um das Steigrohr abzustützen. Wenn an irgendeiner Stelle z.B. in dem Versorgungskreis des Zylinders 6A ein Druckausfall auftritt, wird der Druckausfallfühler 18A den Druckabfall sofort feststellen und an der automatischen Steuereinheit 23 anzeigen. Die automatische Steuereinheit bewirkt nun eine Bewegung des Ventils 22A gegen seine Feder, so daß der Versorgungskreis des Zylinders 6A mit einer Entlastungsleitung verbunden wird und das Ventil 2OA geschlossen wird, während das Ventil 19A geschlossen bleibt. Gleichzeitig wird die Steuereinheit das Ventil 2OB schließen und das Ventil 19B öffnen, so daß Hochdruckluft den Akkumulatoren 21B zugeführt wird und dadurch der Druck der Druckflüssigkeit in den Zylindern 6B verstärkt wird, wodurch die Abstützkraft dieser Zylinder erhöht wird, so daß das Steigrohr weiterhin abgestützt bleibt. Da die Zylinder paarweise angeordnet sind, bleibt das System in Querrichtung ausbalanciert, und die Abstützkraft am Steigrohr wird konstant gehalten. Eine Situation, die bei anderen Konstruktionen katastrophal wäre, wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung von Anfang an vermieden, und die Plattform kann normal weiterarbeiten. Ein normalerweise vor-

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gesehenes Alarmsystem bewirkt eine Warnanzeige, daß bei einem Zylinderpaar ein Fehler aufgetreten ist, so daß sofort eine entsprechende Reparatur veranlaßt werden kann. Auch ohne eine Störung in einem der Versorgungskreise kann Jedes beliebige Zylinderpaar stillgesetzt werden für Zwecke der Inspektion oder Wartung, ohne daß der Betrieb der Plattform eingestellt werden muß. Die erheblichen finanziellen Verluste, die normalerweise mit einer Stillsetzung der Plattform für Reparaturen, Inspektion oder Wartung der Spannvorrichtung verbunden sind, werden somit vermieden. Um eines der Zylinderpaare außer Betrieb zu setzen, wird das Handsteuersystem 24 betätigt, um die gleichen Vorgänge auszulösen wie bei der Feststellung eines Fehlers durch den Druckfühler.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet völlig die Verwendung von Stahlseilen. Dies hat zur Folge, daß die starken mechanischen Belastungen des Decks der schwimmenden oder feststehenden Plattform vermieden werden. Bei einem Stahlseilsystem nehmen die erforderlichen Mechanismen so viel Platz ein, daß nur das Deck der Plattform ausreichende Fläche für ihre Unterbringung bietet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit auch mehr Platz an Deck geschaffen. Eine weitere Schwierigkeit, die mit der Verwendung von Stahlseilen verbunden ist und die mit der vorliegenden Erfindung völlig vermieden wird, ist die Schwierigkeit, die mit einem Bruch eines Stahlseils

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verbionden ist. Es ist normalerweise sehr schwierig, einem Seilbruch zu begegnen, nicht nur wegen der exzentrischen Belastungen, die sofort am Steigrohr auftreten, sondern auch wegen der Schwierigkeit, ein neues Seil anzubringen.

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Claims

Patentansprüche

1. Spannvorrichtung für eine Ölforder- oder Bohrplattform mit einem Steigrohr, gekennzeichnet durch eine Kardanringanordnung (3) mit zwei relativ zueinander beweglichen Elementen (8, 9), von denen das eine mit dem Steigrohr (2) verbindbar ist, und mindestens ein Paar von Arbeitszylindern, die einerseits mit der Plattform und andererseits mit dem einen Element (8) der Kardananordnung verbunden sind, sowie Führungsmittel (15), die von dem anderen Element (9) der Kardananordnung getragen werden und die Kardananordnung parallel zum Steigrohr (2) führen.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitszylinder (6A, 6B)

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rings um das Steigrohr (2) und parallel zu diesem angeordnet sind.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kardananordnung einen inneren Ring (8) und einen äußeren Ring (9) aufweist, wobei der innere Ring (8) schwenkbar an dem äußeren Ring befestigt ist und mit dem Steigrohr (2) und den Arbeitszylindern (6A, 6B) verbunden ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Ring (9) der Kardananordnung Führungsrollen (15) trägt, die in ortsfeste vertikale Führungsschienen (16) eingreifen, wobei die Achse, um die der innere Ring (8) schwenkbar ist, in einer vertikalen Ebene mittig zwischen den Führungsschienen (16) liegt.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Paare von Arbeitszylindern (6a, 6b) in gleichen Winkelabständen um die Kardananordnung (3) herum angeordnet sind, wobei die Zylinder jedes Paares einander diametral gegenüberliegen.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Arbeitszylinder (6A, 6B) schwenkbar an einem festen Teil der Plattform befestigt und

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das aus dem Zylinder (6) herausstehende Kolbenstangenende (5) schwenkbar mit dem inneren Ring (8) der Kardananordnung (3) verbunden ist.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitszylinder (6A, 6B) so angeordnet sind, daß die Kolbenstangen (5) sich nach oben erstrecken und die Kardananordnung (3) über den Zylindern liegt.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitszylinder so angeordnet sind, daß die Kolbenstangen (5) sich nach unten erstrecken und die Kardananordnung (3) unterhalb der Zylinder liegt.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitszylinder teleskopische Kolben (5) mit mehreren ineinander verschiebbaren Sektionen haben, so daß sich bei kurzer Bauform eine große Hublänge ergibt.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren Paaren von Arbeitszylindern, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druckversorgungssystem zur Zuführung von Druckmittel zu den Arbeitszylindern vorgesehen ist und daß Ventile derart in dem Versorgungssystem angeordnet sind, daß jedes Paar von einander diametral gegenüberliegenden Arbeitszylindern eine

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eigene unabhängige, getrennt steuerbare Druckmittelversorgung hat.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß Druckausfallfühler (18A, 18B) jeweils den einzelnen Zylinderpaaren zugeordnet sind und bei Druckausfall in dem zugehörigen Zylinderpaar ansprechen zur Abgabe eines Druckausfallsignals, und daß eine Steuereinrichtung (23) vorgesehen ist, die bei Empfang des Signals den betreffenden Zylinder von dem Druckmittelsystem abschaltet und den Druck in den übrigen Zylindern erhöht.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Versorgungskreis jedes Zylinderpaars und einem Druckmittelvorrat unter hohem Druck ein normalerweise geschlossenes Ventil und zwischen dem Druckmittelkreis jedes Zylinderpaars und einem Druckmittelvorrat mit niedrigem Druck ein normalerweise offenes Ventil angeordnet ist, daß ein normalerweise geschlossenes Entlastungsventil mit einem Druckmittelauslaß in dem Versorgungskreis jedes Zylinderpaars angeordnet ist, und daß die Steuereinheit (23) bei Empfang der Signale von den Druckausfallfühlern (18A, 18B) die Ventile derart betätigt, daß in dem dem betreffenden Sensor zugeordneten Druckmittelkreis das Entlastungsventil geöffnet und die anderen Ventile geschlossen werden, während in

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dem Druckmittelkreis für das andere Zylinderpaar das Niederdruckventil geschlossen und das Hochdruckventil geöffnet wird.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Handsteuereinrichtung (24) zum Übersteuern der Steuereinheit (23) vorgesehen ist.

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