DE2817842B2

DE2817842B2 - Spannvorrichtung für das Steigrohr einer ölplattform

Info

Publication number: DE2817842B2
Application number: DE2817842A
Authority: DE
Inventors: William David Edinburgh Stevenson (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Brown Brothers & Co Ltd Edinburgh (ver Koenigreich)
Current assignee: Brown Brothers & Co Ltd Edinburgh (ver Koenigreich)
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1980-03-27
Also published as: GB1600740A; NO147120C; NL7804369A; NO781415L; NO147120B; FR2388126A1; DE2817842C3; DE2817842A1; US4215950A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein zwischen einer Unterwasserinstallation und einer Förder- oder Bohrplattform angeordnetes Steigrohr.

^4r> welche eine Kardanringanordnung mit zwei relativ zueinander beweglichen Elementen, von denen das eine mit dem Steigrohr verbindbar ist, und mindestens zwei Arbeitszylinder aufweist, die einerseits an den mit dem Steigrohr verbindbaren Teil der Kardanringanordnung

^r>o angeschlossen sind.

Eine derartige Spannvorrichtung ist durch die US-PS 84 990 bekannt, bei der das Steigrohr über einen Flansch auf einem Ring ruht, der über mehrere, um das Steigrohr angeordnete Arbeitszylinder mit einem

Vi drehbaren Tisch verbunden ist. |ede zusätzliche Belastung oder exzentrisch angreifende Belastung am Steigrohr wird durch die Arbeitszylinder aufgenommen oder durch Ausgleichsbewegungen, bewirkt durch Rückverteilung der Flüssigkeit zwischen den miteinan-

w) der verbundenen Zylindern, verteilt. Die unabhängig von einander bewegbaren Arbeitszylinder bewirken hierbei eine kardanische Aufhängung zwischen Steigrohr und dem sich drehenden Tisch. Außerdem können sie vertikale Bewegungen des das Steigrohr tragenden

h^r> Schiffes bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.

Andere derartige Spannvorrichtungen für Steigrohre, jedoch ohne flexible Verbindung des Steigrohres mit der Plattform oder dem Schiff sind insbesondere durch

die US-PS 35 08 409, US-PS 34 21581 und US-PS 33 53 851 bekannt Auf die flexible Verbindung kann jedoch nur verzichtet werden, wenn die Plattform keinem Seegang ausgesetzt ist oder dieser vemachlässigbar klein ist

In der GB-PS iO 71 014, der US-PS 37 91 442 und der US-PS 34 81 294 sind weilerhin Spannvorrichtungen für Steigrohre beschrieben, bei denen eine kardanische Aufhängung des Steigrohres an der Plattform erfolgt

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung für ein zwischen einer Unterwasserinstallation und einer Förder- oder Bohrplattform angeordnetes Steigrohr der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die erforderliche Spann- oder Abstützkraft an dem Steigrohr auch bei Ausfall eines Teils der Spannvorrichtung aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannvorrichtung für ein zwischen einer Unterwasserinstaüation und einer Förder- oder Bohrplattform angeordnetes Steigrohr der eingangs genannten Art, die gekennzeichnet ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

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

Die Kardananordnung umfaßt vorzugsweise einen inneren Ring, der schwenkbar mit einem iiußeren 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 '^:egt.

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

Die Zylinder können auch im IVinkel 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. leder Zylinder kann an der Plattform an seinem Ende oder ar 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 Paar von einander gegenüberliegenden Arbeitszylindern unabhängig von den übriger Zylindern zu steuern, las 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.

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

ίο übrigen Zylindern um einen solchen Betrag erhöht wird, daß die gesamte Abstützkraft gleichbleibt

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform mit zum Steigrohr nicht parallelen Zylindern, deren Kolbenstangen nach unten gerichtet sind,

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung mit zum Steigrohr nicht parallelen Zylindern, die an einem fester Teil der Plattform angelenkt sind und nach oben gerichtete Kolbenstangen haben.

F i g. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2, wobei der Deutlichkeit halber das durch den Ring 8 verlaufende Steigrohr weggelassen ist.

Fig.4 zeigt in der Seitenansicht eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung mit fest an der Bohrplattform befestigten Zylindern.

F i g. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4.
F i g. 6 ist ein vereinfachtes Diagramm des Drucksy-

so stems 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 Ka^danrnganordnung bezeichnet, die mittels eines an ihr befestigten Armkreuzes am Steigrohr befestigt ist. Diese Kardannnganordnung 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 F i g. 1 sind die Zylinder so

r> 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.

^r>n In den übrigen Zeichnungen sind die Teile, die den Teilen von F i g. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In F i g. 2 und 3 sind mit 6A und 6/5 die einander diametral gegenüberliegenden Zylinder von zwH Zylinderpaaren bezeichnet, die bei 7

V) an festen Teilen der Plattform gelenkig gelagert sind derart, daß die Kolbenstangen 5 sich nach oben erstrecken, so daß sich die Kardanringanordnung 3 über den Zylindern I afindet. Mit 8 und 9 (Fig. 3) sind ein innerer und ein äußerer Ring der Kardanringanordnung

wi bezeichnet. Der innere Ring 8 trägt das Armkreuz, welches am Steigrohr 2 festgeklemmt wird. Ein Klemmelement des Armkreuzes ist bei 10 angedeutet, während der Rest des Armkreuzes für die klarere Darstellung weggelassen worden ist. Der innere Ring ist

h'> mit einander gegenüberliegenden Schwenklagern 1 i am äußeren Ring 9 gelagert. Die Kolben 5 der Zylinder 64 und 6ß sind bei 12 am inneren Ring 8 angclenkt. Der äußere Ring 9 trägt einander diametral gegenüberlie-

gende 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 64 und 6ß 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 F i g. 5 dargestellt. Die Lenker 4 sind schwenkbar an den Lagerösen 17 des inneren Ringes 8 der Kardananordnung gelagert. Die übrigen Teile mit den Bezugszeichen 9, 13, 14, 15 und 16 entsprechen den ebenso bezeichneten Teilen von F i g. 3. Die Schwenklager. m!t denen der innere Ring 8 mit dem äußeren Kardanring 9 verbunden ist. sind in F i g. 5 nicht sichtbar, jedoch sind rim Arhspn Hipcpr ^rhufpnHpppr »Up rp/*htwinL-liir vii _.. .. .. .. _ ο -· · — c —

den Achsen der Schwenkzapfen 13.

In Fig. 6 ist der Teil des Druckmittelkreislaufes dargestellt, der die Einrichtung für den Driickausfall enthält. 18.4 und 18ßsind Fühler, die einen Druckausfall in dem Versorgungskreis der Zylinder 64 und 6ß erfassen, wobei jedes Zylinderpaar abwechselnd mit einem Druckluftgefäß mit hohem Druck und einem Druckluftgefäß mit niedrigem Druck verbindbar ist. und zwar mittels der Ventile 194 und 2OA für die Zylinder 64 bzw. den Ventilen 19ß und 2OS für die Zylinder 6S. Die beiden Ventile 19/4 und 2OA sind druckluftbetätigt und durch hydropneumatische Akkumulatoren 21B mit den beiden Zylindern 6,4 verbunden. Der Druckluftkreis der Zylinder 64 ist auch mit einem Ventil 224 verbunden, welches in seine geschlossene Stellung federbelastet ist und durch Druckluftbetätigung geöffnet werden kann, um eine Ausblasleitung freizugeben. Die Ventile 19ß und 20S sind mit einem Ventil 22S verbunden, welches in seine geschlossene Stellung federbelastet ist und durch Druckluftbetätigung geöffnet werden kann, um eine Ausbl.isleitung freizugeben. Die Ventile 19,4 und 204 sowie 19S und 20S können derart druckluftbetätigt werden, daß sie alternat! · in die geöffnete bzw. geschlossene Stellung gebracht werden, wobei der Betätigungsdruck von einer Steuereinheit 23 gesteuert wird, die ihrerseits von den Druckausfallfühlern 184 und 18S steuerbar ist. Die Verbindung zwischen den Druckausfallfühlern 184 und 18ß und der Steuereinheit 23 erfolgt über ein Handsieuersystem 24. mit dem die automatische Steuerung der Steuereinheit 23 übersteuert werden kann. Die Versorgungsleistung für die Druckausfallfühler 184 und 18b wird von einem Niederdruckkompressor 25 geliefert.

Bei Verwendung der Vorrichtung wird das Produktionssteigrohr 2 von dem Armkreuz gehalten, welche von dem inneren Ring 8 getragen wird, der an dem äußeren Ring 9 der Kardananordnung 3 gelagert ist. Der innere Ring 8 ist durch Schwenklager 12 mit den Kolben 5 der Zylinder 6Λ und 6ß verbunden, und da die Zylinder 6/4 und 6ß an einem festen Teil der Plattform befestigt sind, wird das Gewicht des Steigrohres von der Plattform getragen, wenn die Zylinder 64 und 6ß mit einem den Betriebsbedingungen entsprechenden Druck beaufschlagt sind. Die Zylinder werden mit dem Betriebsdruckmittel von den Akkumulatoren 214 und 21B versorgt, wobei der Druck des Dpjckmitsels in den Zylindern durch den zugeführten Luftdruck über dem Druckniveau des Druckmittels in den Akkumulatoren 214 und 21 ß gehalten wird. Da die Zylinder 6/4 und 6ß an einem festen 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 werde ι durch Einstellen des Luftdruckes. der der Oberfläche der Druckflüssigkeit it. den Akkumulatorzylindern 214 und 21 ß zugeführt wird, erhalten.

Bei den Konstruktionen nach Fig. I und 2 erfordern vertikale Lagcändcrungcn des Steigrohres SchwenkbcwcguMgcn der Zylinder 64 und fißuin 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 geradelinig bewegt, während die Zylinder schwenken. Bei der Konstruktion nach Fig.4 bleiben die Zylinder, die parallel zur Achse des Steigrohrs yprlaiifpn fpct in ihrpr PoSi'.lOP MfvJ ^{ρς 1}St Hpshpjh Lrpinp 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 224 und 22S durch ihre Federn in der geschlossenen Lage gehalten, und die Ventile 194 und 19ß werden ebenfalls in der geschlossenen Stellung

jo gehalten, während die Ventile 24 und 2ß offen sind. Niederdruckluft wird durch die Ventile 204 und 20ßden Akkumulatoren 214 und 21B zugeführt und bewirkt einen Druck auf der Unterseite der Kolben der Zylinder 64 und 6S. welches der normale Abstüt/ungsdruck 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 64 ein Druckausfall auftritt, wird der Druckausfallfühler 184 den Druckabfall sofort feststellen und an der automatischen Steuereinheit 23 anzeigen. Die automatische Steuereinheit bewirkt nun eine Bewegung des Ventils 224 gegen seine Feder, so daß der Versorgungskreis des Zylinders 6.4 mit einer Entlastungsleitung verbunden wird und das Ventil 204 geschlossen wird, während das Ventil 194 geschlossen bleibt. Gleichzeitig wird die Steuereinheii das Ventil 2OS schließen und das Ventil 19ß öffnen, so daß Hochdruckluft den Akkumulatoren 21B zugeführt wird und dadurch der Druck der Druckflüssigkeit ^;n den Zylindern 6S 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 vorgesehenes 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 Zyünderpaar 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 Festellungeines Fehlers durch den Druckfühler.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

'.. Spannvorrichtung für ein zwischen einer Unterwasserinstallation und einer Förder- oder Bohrplattform angeordnetes Steigrohr, welche eine Kardanringanordnung mit zwei relativ zueinander beweglichen Elementen, von denen das eine mit dem Steigrohr verbindbar ist, und mindestens zwei Arbeitszylinder aufweist, die einerseits an den mit dem Steigrohr verbindbaren Teil der Kardanringanordnung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder (6) andererseits mit der Plattform (1) verbunden sind und das andere Element der Kardanringanordnung (3) Führungseinrichtungen (15) aufweist, durch welche die Kardanringanordnung (3) parallel zum Steigrohr (2) geführt ist

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder (6/4, 6B) 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, von denen der innere Ring (8) schwenkbar an dem äußeren Ring befestigt und mit dem Steigrohr (2) und den Arbeitszylindern (6/4,6B)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 Achst, um -Je der innere Ring (8) schwenkbar ist, in einer vertikalen Ebene mittig zwischen den Führungsseil^ ,en (16) liegt.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Arbeitszylindern (6/4, 6B) in gleichen Winkelabständen um die Kardananordnung (3) herum angeordnet sind, wobei die Zylinder jedes Paares einander diametral gegenüberliegen.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszylinder (6/4, 6B) schwenkbar an einem festen Teil der Plattform befestigt und 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 (6/4, 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder Teleskop-Kolben (5) mit mehreren ineinander verschiebbaren Sektionen aufweisen.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch I, mit mehreren Paaren von Arbeitszylinder^ 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 eigene unabhängige, getrennt steuerbare Druckmittelversorgung hat.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Druckausfallfühler (18/4, 18SJ jeweils den einzelnen Zylinderpaaren zugeordnet sind, die bei Druckausfall in dem zugehörigen Zylinderpaar ansprechen zur Abgabe eines Druckausfallsignais, und daß eine Steuereinheit (23) vorgesehen ist, die bei Empfang des Signals den

ίο betreffenden Zylinder von dem Druckmittelsystem abschaltet und den Druck in den übrigen Zylindern erhöht.

IZ 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 (18/4,18Ä;die Ventile derart betätigt, daß in dem dem betreffenden Sensor zugeordneten Druckmittelkreis das Entlastungsventil geöffnet und die anderen Ventile geschlossen werden, wobei in dem Druckmittelkreis für das andere Zylinderpaar das ίο Niederdruckventil geschlossen und das Hochdruckventil geöffnet wird.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Handsteuereinrichtung

(24) zum Übersteuern der Steuereinheit (23) η vorgesehen ist.