DE3117203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Kupplungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind schon mehrere Systeme bekannt, die sich mit der Ölübergabe aus Ölförderleitungen in Tanker befassen, die dann das Erdöl in küstennahe Verarbeitungsstätten bringen. Diese Systeme sind vornehmlich für Erdölfelder und Produk­ tionsanlagen entworfen worden, die in Küstennähe liegen. So ist beispielsweise ein System in einer NO-Firmendruck­ schrift der Firma Kongsberg Engineering A. S., Asker, Norwegen, unter dem Titel "A new Offshore Loading System directly from the seabed", S. 85-91 veröffentlicht worden. Hiernach wird ein Tanker dynamisch über einem Bohrloch positioniert. Ein flexibler Schlauch, der auf einer Speichertrommel aufgewickelt ist, wird über einen Kran zum Meeresboden abgesenkt. Der Kran ist mit einer sogenannten "heave"-Kompensation ausge­ stattet, mit der Schiffsbewegungen während des Absenkvor­ ganges ausgeglichen werden sollen. Das untere Ende des Schlauches ist mit Steuerantrieben und einer Kupplungseinrich­ tung versehen, die eine Verbindung mit den unterseeischen Anschlußteilen der Ölförderleitung ermöglichen. Damit können Ladungsbojen oder Türme, die sich an der Wasser­ oberfläche befinden, vermieden werden. Der wesentliche Nachteil dieses Systems ist darin zu sehen, daß der Schlauch an der Leeseite des Schiffes in das Wasser eintaucht und bei stärkerem Wellengang außerordentlich hoch beansprucht wird.

Ein anderes System, veröffentlicht in der US-Zeitschrift "Offshore", März 1980, Seiten 61 und 62, sieht einen Tanker mit einem Führungsschacht, d. h. einer zylindrischen, den Schiffsrumpf in senkrechter Richtung durchsetzenden Öffnung vor, durch die von einem über der Decksöffnung befindlichen Kran ein flexibler Schlauch mit einem Kopfteil ins Wasser abgesenkt wird. Der Tanker ist vorher über dem Bohrloch dynamisch positioniert worden. Mit Hilfe von Trans­ pondern am Bohrlochkopf und einer Fernsehkamera wird der Kopfteil des Schlauches auf den Bohrlochkopf aufgesetzt, ver­ riegelt und die Schlauchverbindung hergestellt.

Schließlich ist eine Ölübernahme-Einrichtung aus der DE- AS 29 21 890 bekannt, bei der von einem Tanker ein Kupplungs­ element abgesenkt wird, das mittels Hydrophonen positionier­ bar und mittels Propellerantrieben steuerbar ist. Dieses Kupplungselement wird zu einer in einer bestimmten Wasser­ tiefe verankerten Übergabeeinheit gesteuert und an dieser mechanisch gekuppelt. Danach wird die Schlauchverbindung hergestellt, womit die Ölübernahme erfolgen kann.

Aus der DE-OS 25 05 721 ist ein Verfahren zum Übertragen von Öl zu oder aus einem Tanker bekannt, wobei der Tanker an eine Stelle über einem Ölspeichertank oder einer Auslieferungsstation auf dem Meeresgrund gebracht wird. Der Tanker wird an dieser Stelle gehalten, so daß ein Schlauch ausgefahren werden kann, um eine Verbindung zwischen dem Tanker und dem Tank oder der Auslieferungsstation zu schaf­ fen. Es wird ein Kopplungsteil unter Verwendung eines automatischen Führungssystems auf dem freien Ende des Schlauches zu einem weiteren Kopplungsteil geführt. Eine Verbindung zwischen den Kopplungsteilen ermöglicht es automatisch, daß Öl durch die Kupplung längs des Schlau­ ches durch eine mitschiffs im Boden des Tankers gelegene geeignete Öffnung fließt und daß entweder das Öl zum Tanker aus dem Tank über­ führt oder das Öl aus dem Tanker durch Pumpen zur Auslieferungsstation transportiert wird. Der Schlauch kann auf einer Winde auf dem Deck des Tankers verstaut werden, wobei ein Durchlaß von der Winde sich durch den Körper des Tankers und durch die Öffnung im Boden des Tankers aus dieser heraus erstrecken kann. Das absenkbare Kopplungsteil weist kei­ nen eigenen Antrieb auf. Seine Senkbewegung wird unter Mitwirkung der Winde von einem Senkkörper erzielt, der das Kopplungsteil umschließt.

Dieses gilt auch für den Gegenstand der DE-OS 26 30 342, in der ein Verfah­ ren zum Betrieb eines zur Zwischenlagerung eines flüssigen Betriebs­ mittels z. B. Rohöl, dienenden, auf dem Meeresboden stationierten Speichers beschrieben ist. Der Speicher wird über einen Verteilerkopf zum Füllen über Leitungen an die Förderplattform einer Location und zum Entleeren ebenfalls über Leitungen an ein schwimmendes Transport­ mittel, z. B. einen Tanker angeschlossen. Die Kupplung der Förderein­ richtung des Speichers und des Tankers wird nur während des Übergabevor­ ganges des Rohöles an den Tanker und unter der Wasseroberfläche und von den Baugruppen der Fördereinrichtungen z. B. eines Schlauchkopfes des Tankers durchgeführt. Der Schlauchkopf wird mit den daran befestig­ ten Leitungsschläuchen am Führungsseil zum Verteilerkopf bzw. zur Pumpe durch bekannte Vortriebsmittel wie angetriebene Druckrollen, heruntergefahren, gegen die Dichtflächen des Verteilerkopfes bzw. der Pumpe gedrückt und durch die Klemmvorrichtung am Führungsseil mit großer Kraft in dieser Lage gehalten. Zuvor wird durch das Impuls­ moment von mit Druckwasser beaufschlagten Düsen der Schlauchkopf in die Position deckungsgleicher Öffnungen um das Führungsseil gedreht und die Feinjustierung durch mechanische Führungen bewerkstelligt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist nun darin zu sehen, eine Unterwasser-Kupplungseinheit zu schaffen, die mit geringem technischem Aufwand unter Ausnutzung an Bord des Wasserfahrzeuges vorhandener An­ lagenteile feinfühlig in eine nahezu ortsfeste Gegen­ kupplung gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Unterwasser-Kupplungseinheit durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein we­ sentlicher Vorteil der Kupplungseinheit nach der Erfin­ dung ist darin zu sehen, daß eine Verbindung des Ölüber­ gabeschlauches mit dem Kupplungsteil an der Ölübergabe­ einheit bis zu größeren Windstärken (9 Bft), hergestellt werden kann. Der Ölübergabeschlauch wird, da er im Inneren des Schiffes in das tiefer liegende Wasser abgesenkt wird, nicht mehr durch Seegang und Seeschlag hoch beansprucht. Schließlich wird das sogenannte Wetterfenster zusätzlich vergrößert und damit der Öltransport von der Bohrstelle zur Verarbeitungsstätte wirtschaftlicher.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs­ beispiele sollen nähere Erläuterungen gegeben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine allgemeine Darstellung eines Tankers über der Ölübergabestelle,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Tanker in Höhe des Führungsschachtes und die auf dem Meeresboden verankerte Ölübergabeeinrichtung und

Fig. 3 die Kupplungseinheit im Detail.

Nach Fig. 1 ist ein Wasserfahrzeug (Tanker) 1 einer Beladungsstelle dynamisch positioniert worden. Der Einfachheit halber ist die Positionierungsanlage als Schallsender oder Hydrophon dargestellt, die auf dem Meeresboden 2 mit dem Bezugszei­ chen 3 und am Schiffsboden mit 4 bezeichnet sind. Eine Ölübergabeeinheit 5 ist auf dem Meeresboden 2 verankert und mit einer Ölförderleitung 6 verbunden, die von einer Pro­ duktionsplattform oder von Ölvorratsbehältern herange­ führt wird. Vom Tanker ist durch den Führungsschacht 7 der Ölübergabeschlauch 8 mit der Kupplungseinheit 9 abgesenkt und mit Hilfe von noch näher zu beschreibenden Meßsystemen an die Ölübergabe­ einheit 5 herangeführt und mit dieser fest verbunden wor­ den. In dieser Lage von Wasserfahrzeug 1 und Ölübergabeeinheit 5 zueinander, die durch die dynamische Positionierung ge­ halten wird, kann die Ölübernahme erfolgen. Ist der Lade­ vorgang beendet, wird die Kupplung zwischen der Ölübergabeeinheit 5 und der Kupplungseinheit 9 gelöst, der Ölübergabeschlauch wieder an Bord genommen und der Tanker kann den Beladungsort verlassen.

Aus dem Querschnitt nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Führungsschacht 7 unsymmetrisch zur Längsachse des Wasserfahrzeuges (Tankers) 1 ange­ ordnet ist. Der Führungsschacht weist mehrere Führungsbahnen, von denen zwei mit den Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnet sind, auf, in denen ein Wagen 12 mit Rollen 13 o. ä. geführt ist. Der Wagen 12, der in der unteren dargestellten und in einer oberen Endlage im Führungsschacht arretierbar ist, dient zur sicheren Führung der Kupplungseinheit 9 im Führungsschacht während des Hievens und Fierens. Zu diesem Zweck besitzt der Wagen 12 eine an die obere Konusform der Kupplungs­ einheit 9 angepaßte Ausbildung.

Die Kupplungseinheit 9 wird durch eine Hebeeinrichtung an Deck des Schiffes bewegt, die aus einem Mast 14 mit einem Ausleger 15 besteht, an denen Umlenkrollen 16 und 17 gelagert sind. Eine weitere Umlenkrolle 18 mit senk­ rechter Lagerachse ist in Richtung des Doppelpfeiles 19 zur Bewegungskompensation beweglich gelagert. Der Ölüber­ gabeschlauch 8, der mit der Kupplungseinheit 9 verbunden ist, ist über die Umlenkrollen 16, 17 und 18 geführt, auf einer nicht dargestellten Speichertrommel aufgewickelt und mit seinem bordseitigen Ende mit dem Be- und Entladesystem des Tankers verbunden. Der Doppelpfeil 20 soll mit seiner unteren Pfeilspitze andeuten, daß die Entladeöl- oder Ballastpumpe während des Absenkvorganges der Kupplungs­ einheit 9 Druckwasser aus dem Ballastsystem des Tankers durch den Ölübergabeschlauch 8 fördert, um über Steuer­ düsen 21 in der Kupplungseinheit 9 Positionsveränderungen hervorzurufen.

In Fig. 2 ist die Kupplungseinheit 9 während des Absenk­ vorganges kurz vor Eintritt in die auf dem Meeresboden verankerte Ölübergabeeinheit 5 dargestellt. Mit Hilfe von Meß- und Überwachungssystemen 22 und 23 an der Kupplungs­ einheit 9 und der Ölübergabeeinheit 5 wird die Kupplungs­ einheit so gesteuert, daß sie mit ihrem unteren kegelför­ migen Teil 24 in die von auf dem Umfang der Ölübergabeein­ heit 5 verteilten Einlaufflächen 25 gebildete trichter­ förmige Öffnung einführt. Die Kupplungseinheit wird dann so weit abgesenkt, bis der untere Stutzen 26 mit dem Kupp­ lungsteil 27 der Ölübergabeeinheit 5 mechanisch verriegelt und die Schlauchverbindung hergestellt worden ist. Danach werden ein Kugelventil in der Kupplungseinheit 9 und ein weiteres Ventil in der Ölübergabeeinheit 5 durch Fernsteuerung vom Tanker geöffnet. Nach Herstellung der Schlauchverbin­ dung wird die Ladeölpumpe auf der Produktionseinheit ein­ geschaltet und der Ladevorgang kann beginnen. Die Ölüber­ nahme ist durch die obere Pfeilspitze des Doppelpfeiles 20 angedeutet.

In Fig. 3 ist die Kupplungseinheit 9 mit dem Ölübergabe­ schlauch 8 und dem Kupplungsteil 27 der Ölübergabeeinheit genauer im Schnitt dargestellt. Die doppelkonusförmige Form der Kupplungseinheit dient, wie bereits erläutert, mit dem oberen Teil 28 zur Erleichterung des Einfahrens in den Wagen 12 im Führungsschacht und mit dem unteren Teil 24 in die Einlauffläche 25 der Ölübergabeeinheit. Diese sind in der eingefahrenen Position gestrichelt angedeutet. Zum Schutz des Ölübergabeschlauches 8 beim Einfahren in den Wagen 12 dient eine Hülse 29 mit Kragen, für die eine entsprechende Aussparung im Wagen 12 vorgesehen ist. Der Ölübergabeschlauch 8 ist im Inneren der Kupplungseinheit 9 durch Rohrstücke 30 und 31 mit einem zwischengeschalteten Dreiwegeventil 32 ersetzt. An das Dreiwegeventil 32 ist eine Ringleitung 33 angeschlossen. Mit der Ringleitung können mehrere, beispielsweise 4 senkrecht zueinander liegende Steuerdüsen verbunden sein, von denen zwei 21 und 21′ in der Zeichnung dargestellt sind. Um eine Steuer­ möglichkeit zu schaffen, kann jede Steuerdüse 21 mit einem besonderen Absperrventil 34 verschlossen werden. Diese Ventile, die mit Drosselklappen 35 ausgestattet sind, können beispielsweise bei 36 mit einer hydraulischen Steuerleitung verbunden sein.

An das Rohrstück 31 ist der untere Stutzen 26 an­ gesetzt, der mehrere über den Umfang verteilte gekrümmte Hebel 37 aufweist, die bei 38 drehbar gelagert sind. Am freien Ende 39 des Hebels 37 greift eine Druckfeder 40 an. Diese ist mit ihrem anderen Ende am Gehäuse der Kupplung festgelegt. Im eingekuppelten Zustand, wie dargestellt, liegen die gekrümmten Enden 41 der Hebel 37 an der Unterfläche des Flansches 42 des Rohrstutzens der Übergabeeinheit fest an und pressen den im Inneren der Kupplungseinheit 9 befindlichen Flansch des Rohr­ stückes 31 fest aufeinander. Im Inneren der Kupplungs­ einheit befindet sich ebenfalls ein Kugelventil, das während des Positioniervorganges das untere Ende des Rohrstückes 31 verschließt.

Nach Herstellung der mechanischen und der Schlauchverbin­ dung wird das Dreiwegeventil 32 auf Fördern umgeschaltet und dadurch das Kugelventil im unteren Stutzen 26 und in der Ölübergabeeinheit geöffnet. Sodann kann das in der Öl­ förderleitung 6 herangeführte Erdöl seitens der Produk­ tionseinheit in den Tanker gepumpt werden.

Wenn nach Beendigung des Ladevorganges die Kupplungs­ einheit 9 von der Ölübergabeeinheit 5 getrennt werden soll, muß sichergestellt werden, daß bei Lösen der Verbindung kein Öl in die See austreten kann. Hierzu wird nach Schließen des Absperrventils in der Ölübergabeeinheit 5 über ein in der Kupplungseinheit 9 angeordnetes Spülventil das Spülen der Trennstelle und des Ölübergabeschlauches 8 eingeleitet.

Zur Unterstützung des Seewasserzuflusses wird auf dem Tanker eine Saugpumpe über das Lademanifold auf den Ölübergabeschlauch 8 geschaltet. Nach Abschluß des Spül­ vorgangs wird hydraulisch ein Kolben 43 beaufschlagt, der über ein Gestänge und die Druckfedern 40 die Verriegelung der Teile 41 und 42 aufhebt, so daß nach Umschaltung des Dreiwegeventils 32 die Kupplungseinheit mit dem Kran an Bord gezogen werden kann. Sie wird dann in den Wagen 12 im Führungsschacht einfahren und gemeinsam bis zur oberen Wegbegren­ zung geführt.

Um die Kupplungseinheit von Zeit zu Zeit überprüfen zu können; kann der Ausleger 15 in eine höhere Position gefahren und die oberen Endanschläge für den Wagen be­ seitigt werden. Damit kann der Wagen 12 mit der Kupp­ lungseinheit 9 aus dem Führungsschacht 7 herausgezogen und auf einer den Führungsschacht abdeckenden Arbeitsbühne abge­ setzt und verfahren werden. Die Arbeitsbühne ist in Fig. 2 mit 44 bezeichnet.

Claims (8)

1. Unterwasser-Kupplungseinheit, die von einem Wasserfahrzeug in das Wasser abgesenkt wird, zur Herstellung einer mechanischen Verbin­ dung und der Schlauchverbindung mit einer auf dem Meeresboden ver­ ankerten Übergabeeinheit, mit der eine Ölförderleitung verbunden ist, wobei die Kupplungseinheit mit Einrichtungen zur Positionie­ rung und mit einem Wasserstrahlantrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (9) in ihrer Absenkbewe­ gung durch ein an sich bekanntes Windensystem (14-18) an Bord des Wasserfahrzeuges (1) und über den Wasserstrahlantrieb in sechs Frei­ heitsgraden steuerbar ist, wobei der Antrieb über eine Schlauchlei­ tung von dem Wasserfahrzeug mit Druckwasser versorgt wird, und daß zur Druckwassererzeugung und zur Weiterleitung zur Kupplungs­ einheit (9) die Entladeöl- oder Ballastpumpe und der Ölentlade- bzw. Ölübergabeschlauch (8) dienen.

2. Kupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrahlantrieb in der Kupplungseinheit (9) über Drosselklappen (35) ferngesteuert einstellbar ist, wobei die Steuerleitungen in den Ölübergabeschlauch (8) integriert sind.

3. Kupplungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (9) eine doppelkonische Bauform zur Erleich­ terung des Kupplungsvorganges aufweist.

4. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (9) mit einem Meßsystem für die Positions- und Lagebestimmung gegen die Ölübergabeeinheit (5) ausgerüstet ist.

5. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kupplungseinheit (9) mit einem Steuerungs- und Über­ wachungssystem ausgerüstet ist.

6. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungseinheit (9) sowohl eine Einrichtung zur Her­ stellung der mechanischen Verbindung als auch eine Vorrichtung zur selbsttätigen oder ferngesteuerten Herstellung der Schlauchverbin­ dung aufweist.

7. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kupplungsheit (9) und der Ölübergabeschlauch (8) durch einen Führungsschacht (7) im Wasserfahrzeug (1) geführt sind.

8. Kupplungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (9) beim Absenk- und Einholvorgang mittels eines Wagens (12) im Führungsschacht (7) geführt ist.