DK169687B1 - Ledningsarrangement til transport af et fluidum fra havbunden til havoverfladen - Google Patents

Description

DK 169687 B1

Opfindelsen angår et ledningsarrangement til transport af et fluidum fra havbunden til havoverfladen, især til opsamling og bortskaffelse af olie fra en undersøisk forekomst og indbefattende i det mindste en fleksibel rørledning, 5 der forløber i kædelinieform mellem et overfladefartøj og et mellemstykke, som over en del af rørledningens længde giver den en buet form med den konkave side vendende mod havbunden, hvorhos en del af ledningen mellem det nævnte mellemstykke og havbunden er strakt, idet den er fastgjort 10 til et fast punkt på bunden.

Ansøgerne har i mange år fremstillet og forhandlet fleksible rørledninger i store længder og med høj ydelse til brug ved undersøiske oliefelter, især til at samle og optage olie fra brøndhoveder eller andre konstruktioner, 15 såsom forbindelsesorganer (samleledninger) anbragt på havbunden, op til et overfladefartøj såsom en produktionsplatform, f.eks. en flydende, semisubmersibel eller faststående platform eller et skib.

Man har foreslået og anvendt forskellige udformninger 20 af disse fleksible rørledninger mellem havbunden, især brøndhoveder, og overfladefartøjet.

Disse forskellige udformninger er beskrevet i et skrift med titlen "Flexible production riser system for floating production application in the North Sea" af MAHONEY 25 og BOUVARD (Document OTC 5163), der er en beretning om et foredrag holdt på den 18. "Offshore Technology Conference" i Houston, Texas den 5. til 8. maj 1986, og senere i et skrift med titlen "Recommended Pratice for Design and Operation of Subsea Production System" (API Recommended Pratice 3 0 17A) første udgave den 1. september 1987 publiseret af Ame rican Petroleum Institute.

Til produktion og optagning af olie anvendes også arrangementer som de, der er vist på side 67 i API dokumentet, og som er kendt under navnet "LAZY S" eller "LAZY WAVE" 35 eller henholdsvis "STEEP S" eller "STEEP WAVE".

Ved disse arrangementer strækker de fleksible rørled- 2 DK 169687 B1 ninger sig i kædelinieform mellem overfladefartøjet og et mellemstykke med opdrift og indrettet til at føre rørledningen i en bue med den konkave side nedad over en del af sin længde.

5 Mellemstykket kan være et buestykke med den konkave side vendende mod havbunden og eventuelt forbundet med havbunden over træktove, eller det kan være flyderelementer med positiv opdrift anbragt på række og fastgjort til ledningen, eller en bøje med positiv opdrift forbundet til 10 havbunden med træktove, som beskrevet i "OFFSHORE ENGINEER", februar 1985 side 31 og i EP-A1-0251488. I denne sidstnævnte form er den konkave side af ledningen under bøjen rettet mod det brøndhoved eller den rørkonstruktion på havbunden, hvorfra olien skal optages.

15 I arrangementet "LAZY S" eller "LAZY WAVE" har den del af ledningen, som ligger under mellemstykket kædelinieform ned til havbunden, hvorefter ledningen strækker sig langs havbunden hen til et brøndhoved eller forbindelsesorgan anbragt på bunden.

20 Især i de ofte forekommende tilfælde, hvor overflade fartøjet befinder sig lodret over brøndhovedet, bliver den nødvendige rørlængde mellem brøndhovedet og overfladefartøjet forøget, og især sker der på havbunden en betydelig ophobning eller opfyldning, som kan føre til problemer med en filtring, 25 hvis der anvendes et stort antal rørledninger eller ledningsbundter .

I rørarrangementet "STEEP S" eller "STEEP WAVE" er den del af ledningen, som ligger mellem mellemstykket og havbunden udspændt med rørledningens nederste ende fastgjort 30 på et fodstykke, der hviler på bunden.

En forenklet plan over et sådant fodstykke er vist i fig. 9 i det ovenfor nævnte OTC dokument.

Ved denne type ledningsarrangement er det nødvendigt at' forbinde hver af stigeledningerne med det i forvejen. 35 installerede fodstykke og at forbinde dette fodstykke med den eller de ledninger, som kommer fra brøndhovedet eller 3 DK 169687 B1 -hovederne (jfr. fig. 11 i OTC dokumentet).

Dette arrangement nødvendiggør bygning og placering af tunge fodstykker med store dimensioner og forsynet med forbindelsesarrangementer.

5 Ved de kendte arrangementer må arbejdet med tilslut ning desuden foretages af dykkere, hvilket nødvendigvis komplicerer placeringen og begrænser anvendelsesdybden, medmindre man anvender specielt automatisk, fjernstyret forbindelsesudstyr, der er kostbart, kompliceret og vanske-10 ligt at skaffe tilveje, som det f.eks. er beskrevet i EP-A1-0251488.

Det er formålet med opfindelsen at anvise et ledningsarrangement, hvori Tindgås de ulemper, som er knyttede til såvel arrangementet "LAZY S" eller "LAZY WAVE" som til 15 arrangementerne "STEEP S" eller "STEEP WAVE", hvilket arrangement er særligt enkelt og økonomisk, især med hensyn til installationen og tilvejebringer en kontinuerlig forbindelse mellem brøndhovedet og overfladefartøjet (bortset fra eventuelle simple bøsninger langs ledningen), og således at 20 hele ledningen i hovedsagen befinder sig i et fælles vertikalt plan.

Formålet opnås ved at indrette det indledningsvis omtalte lednings arrangement sådan, at ledningsarrangementet indbefatter holdeorganer til fastholdelse af i det mindste 25 en zone af ledningens nederste del og forbundet med det faste punkt, som fortrinsvis udgøres af en fast fortøjning eller moringsbøje og er indrettet til at holde den del af ledningen, som ligger mellem mellemstykket og holdeorganeme, under trækspænding og til i et vertikalt plan at give led-30 ningen en tvungen, forud bestemt krumning med den konkave side rettet mod den konstruktion, fortrinsvis et brøndhoved på havbunden, hvorfra olien skal udtages.

Arrangementet ifølge opfindelsen har en vis lighed med typen "STEEP S" eller "STEEP-WAVE" i den forstand, at 35 en del af ledningen under mellemstykket holdes under trækspænding, idet den er forbundet med et fast punkt på havbund- 4 DK 169687 B1 en, og arrangementet er især karakteriseret ved, at det indbefatter holdeorganer over mindst en zone af det nederste parti af ledningen og forbundet med det faste punkt og indrettet til at stramme den del af ledningen, som ligger mellem 5 mellemstykket og holdeorganerne og til at føre ledningen i et vertikalt plan i en forud fastsat bue med den konkave side rettet mod brøndhovedet eller tilslutningskonstruktionen på havbunden og fra hvilken olien skal optages.

I en foretrukken udførelsesform indbefatter holdeor-10 ganerne i det mindste en krave anbragt omkring rørledningen mellem mellemstykket og havbunden, og beregnet til at optage trækket i rørledningen, idet den er forbundet via mindst et ankertov med et fast punkt, fortrinsvis i form af en fast fortøjning anbragt på havbunden. Fortrinsvis er to træktove 15 fastgjort til i hovedsagen samme punkt på fortøjningen og divergerer opad fra denne, og hver af dem er forbundet med den ene af to indbyrdes flugtende akseltappe, der springer frem fra kraven. Dette arrangement har den fordel, at man undgår afvigende trækpåvirkninger på rørledningen i højde 20 med kraven ved en forskydningen af ledningen ud af et vertikalt plan, især under påvirkning af tværgående strømme.

De to akseltapelementer er fortrinsvis monterede på et udvendigt, ringformet parti, der omgiver et centralt parti af kraven og sikrer fastspænding af ledningen og op-25 tagelse af trækket, idet det ringformede, udvendige parti er monteret omkring det centrale parti i en stilling med en bestemt orientering.

Ved denne udførelsesform er det ligeledes fordelagtigt at anbringe i det mindste en anden krave på rørledningen, 30 på dens horisontale del i højde med havbunden, hvilken krave ligeledes er forbundet med den faste fortøjning gennem et eller flere træktove eller tilsvarende trækforbindelser.

Det vil forstås, at den faste fortøjning ifølge opfindelsen er meget forskellig fra det fodstykke, som findes 35 i arrangementerne "STEEP S" og "STEPP-WAVE", idet den har små dimensioner, er let at fremstille og neddykke, og ikke 5 DK 169687 B1 indbefatter forbindelses- eller tilslutningsorganer for rørledninger, idet ledningen ifølge opfindelsen fastholdes udmærket mellem brøndhovedet og overfladefartøjet.

Ifølge opfindelsen kan der anvendes andre holdeor-5 ganer, f.eks. hvirvelledsforbindelser, som strækker sig fra den faste fortøjning langs et parti af ledningens nederste del, så ledningen er fastgjort til den faste fortøjning. I en anden udførelsesform kan holdeorganerne bestå af en rende eller slidske, der er fast forbundet med den faste fortøjning 10 og danner en styre- og holderende i samme vertikale plan som den tilsvarende del af ledningen.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved beskrivelse af nogle udførelsesformer og under henvisning til tegningen, hvor 15 fig. 1 skematisk viser en første udførelsesform for ledningsarrangementet ifølge opfindelsen, fig. 2 en del af arrangementet i fig. 1 set fra siden, fig. 3 det i fig. 2 viste set bagfra og med ledningen vist i to forskellige stillinger, 20 fig. 4 et billede svarende til fig. 2 og visende yderstillingerne af den tilsvarende del af ledningen, fig. 5 set henholdsvis udefra og i snit en udførelsesform for en krave til anvendelse i arrangementerne i fig. 1-4, 25 fig. 6 et skematisk delbillede af en anden udførelses form til anvendelse i ledningsarrangementet ifølge opfindelsen, og fig. 7 et skematisk delbillede af en tredje udførelsesform for ledningsarrangementet ifølge opfindelsen.

30 Først refereres til tegningens fig. 1-4.

Ledningsarrangementet ifølge opfindelsen strækker sig mellem et overfladefartøj 1, der her er vist i form af en semisubmersibel produktionsplatform og et brøndhoved 2 anbragt på havbunden i hovedsagen lodret under platformen 35 1.

Til illustration af opfindelsen er arrangementet 6 DK 169687 B1 vist med en enkelt fleksibel rørledning 3 til optagelse af olie, men det vil forstås, at i praksis er der på et oliefelt anbragt et stort antal sådanne ledninger i et bundt.

Den i fig. 1 viste fonn af ledningen 3 ligner typen 5 "STEEP WAVE" derved, at der på et sted mellem bunden og overfladen omkring ledningen er anbragt et mellemstykke 4 i form af en samling flydere med positiv opdrift (bøjer) , som er anbragt efter hinanden og på en strækning af ledningen 3 giver den en buet form, der er konkav i retning mod bunden.

10 Mellemstykket 4 kunne også være erstattet af et buestykke, som vist i fig. 4 i det forannævnte OTC dokument, eller af en bøje, der er forbundet med havbunden ved ankertove, som vist i EP-A-0251488.

Den del 3a af ledningen, som ligger mellem strækningen 15 med mellemstykket 4 og overfladefartøjet 1 har kædelinieform, medens den del 3b af ledningen, som ligger under mellemstykket er strammet, idet den er fastgjort til en fast fortøjning 5, som er anbragt på havbunden, således som det vil blive beskrevet nedenfor.

20 Som det ses af fig. 2-4, er en krave 6 fastspændt omkring ledningen. Kraven består af to akseelementer eller akseltappe 7a, 7b, og til hver af disse er fastgjort et forankringstov 8, der forbinder kraven 6 med den faste fortøjning 5. Som det især ses af fig. 3, er to forankringstove 25 8 fastgjort til et fælles punkt 9 på den øverste del af den faste fortøjning 5.

Ved dette arrangement er det dels muligt at bringe trækket i ledningen til at flugte med resultanten af trækkene i forankringstovene og dels ved udsving af ledningen (vist 30 i fig. 3) f.eks. fremkaldt af tværgående strømme at opretholde den aksialt flugtende stilling af de på hver side af spændekraven 6 beliggende dele af ledningen og derved forhindre en aksial forskydning, som f.eks. ville kunne opstå ved anvendelse af to parallelle forankringstove.

35 Til placering af ledningen findes i det viste eksempel en anden spændekrave 10 på den horitontale del 3c af led- DK 169687 B1 *y ningen mellem dens berøringspunkt med havbunden og brøndhovedet. Denne krave 10 er med en trækforbindelse 11 forbundet med den faste fortøjning 5.

Som det bedst ses i fig. 2 er det med arrangementet 5 ifølge opfindelsen muligt at give den del 3d af ledningen 3, som ligger mellem kraven 6 og bunden, en tvungen krumning i et vertikalt plan og med den konkave side vendende i retning mod brøndhovedet, som vist i fig. 1. Ledningen 3 forløber således fuldstændigt kontinuerligt mellem delen 3b og 10 delen 3c uden nogen mellemliggende rørbøjning, der nødvendiggør successive tilslutningsoperationer, således som det er tilfældet med de kendte udformninger af typen "STEEP S" eller "STEEP WAVE".

Når man f.eks. på grund af ledningens længde ønsker 15 at anbringe en muffe- eller studsforbindelse mellem længder af ledningen, kan de to muffer eller studse udgøre holdeorganet for ledningen og i overensstemmelse med opfindelsen sikre funktionen af kraven 6, idet de er forbundet med forankringstovene til den faste fortøjning 5.

20 Den tvungne krumningsradius er naturligvis bestemt som en funktion af ledningens diameter og anvendelsesforholdene. Det ses, at som følge af ledningens buede form i et vertikalt plan er længden af ledningen mellem bunden og overfladen i arrangementet ifølge opfindelsen reduceret til 25 det mindst mulige, og der findes ingen rørstykker, som danner unyttige ringe eller bøjninger på havbunden, således som er tilfældet i arrangementer af typen "LAZY S" eller "LAZY WAVE".

I udførelses formen i fig. 5 kan stillingen af kraven 30 6 orienteres, og kraven består af et centralt parti 12, der danner en cylindrisk bøsning omkring den fleksible rørledning 3 og sikrer en sådan fastspænding, at trækket i den fleksible rørledning 3 kan optages af kraven 6, der har et udvendigt, ringformet parti 13, der er formet således at det kan fast-35 spændes i en not 14 i det centrale parti 12, der omgiver ledningen 3. Herved kan man under installationen af led- 8 DK 169687 B1 ningsarrangementet let orientere de indbyrdes flugtende akseltappe 7a og 7b vinkelret på det plan, hvori den fleksible ledning 3 ligger.

Arrangementet kan let og hurtigt placeres i en enkelt 5 arbejdsoperation uden forbindelsesarbejder på havbunden, (bortset fra eventuel forbindelse af ledningens horisontale del 3c med brøndhovedet 2) , og uden at det er nødvendigt at benytte dykkere eller automatiske, fjernstyrede forbindelsesapparater, der er komplicerede, kostbare og ikke altid 10 kan fremskaffes. Til operationen kræves ikke andre arbejds-f artø jer end det, der benyttes til at anbringe de pågældende fleksible ledninger, og ikke andet specielt udstyr, end det, der normalt befinder sig om bord på et sådant skib. F.eks. kan man nedsænke den faste fortøjning 5 samtidig med 15 den fleksible ledning 3 med forankringstovene eller trækforbindelserne 8 og 11 på plads, så de forbinder den faste fortøjning 5 med kraverne 6 og 10, idet den faste fortøjning 5 er ophængt i den fleksible ledning 3, og arbejdsoperationen kan gennemføres ved at stille den faste fortøjning 5 på det 20 på havbunden foreskrevne sted, hvis position måles fra overfladen ved hjælp af kendte midler såsom akustiske lokaliseringssystemer. Når kraven 6 er orienterbar, anvendes der til at verificere og korrigere orienteringen af akseltappene 7a og 7b en undersøisk, fjernstyret robot udstyret med et 25 fjernsynskamera og en let bevægelig arm med en tang samt fremdrivningsorganer og forskellige andre instrumenter. Disse robotter, der normalt benævnes R.O.V., og hvoraf der eksisterer forskellige kendte modeller, er disponible om bord på de skibe, som anvendes til nedsænkning af fleksible 30 ledninger, idet de i øvrigt er nødvendige til udførelse af forskellige kontrolarbejder på undersøiske installationer.

I den i fig. 6 viste udførelsesform går ledningen 3 gennem en fast forankring 51, der er anbragt på havbunden, og'krumningen i det vertikale plan bibringes over en samling 35 hvirvelledsforbindelser 15, der er velkendte inden for offshore teknikken til begrænsning af en krumningsradius, og 9 DK 169687 B1 som derfor ikke beskrives detaljeret her. Ledningen holdes i den faste fortøjning 5’ ved hjælp af en bøsning 16.

I udførelsesformen i fig. 7 indbefatter den faste fortøjning 5" et organ 17, der danner en styre- og holderende 5 eller føringsslidsk for ledningen, idet renden er udformet således at den giver ledningen 3 den forud bestemte, ønskede krumning i det vertikale plan, idet ledningen fastholdes af en krave 18.

Claims (9)

10 DK 169687 B1 Patentkrav.

1. Ledningsarrangement til transport af et fluidum fra havbunden til havoverfladen, især til opsamling og bortskaffelse af olie fra en undersøisk forekomst og indbefat- 5 tende i det mindste en fleksibel rørledning, der forløber i kædelinieform mellem et overfladefartøj og et mellemstykke, som over en del af rørledningens længde giver den en buet form med den konkave side vendende mod havbunden, hvorhos en del af ledningen mellem det nævnte mellemstykke og hav-10 bunden er strakt, idet den er fastgjort til et fast punkt på bunden, kendetegnet ved, at ledningsarrangementet indbefatter holdeorganer (6,-15,16,-17,18) til fastholdelse af i det mindste en zone af ledningens (3) nederste del og forbundet med det faste punkt, som fortrinsvis udgøres af 15 en fast fortøjning (5, 5', 5") eller moringsbøje og er indrettet til at holde den del (3b) af ledningen, som ligger mellem mellemstykket (4) og holdeorganerne, under trækspænding og til i et vertikalt plan at give ledningen en tvungen, forud bestemt krumning med den konkave side rettet mod den 20 konstruktion, fortrinsvis et brøndhoved (2) på havbunden, hvorfra olien skal udtages.

2. Ledningsarrangement ifølge krav 1, kende tegnet ved, at holdeorganerne indbefatter i det mindste én krave (6) , der er anbragt omkring ledningen på strækningen 25 mellem mellemstykket (4) og bunden, hvilken krave er forbundet med den faste fortøjning (5) gennem i det mindste et forankringstov (8) .

3. Ledningsarrangement ifølge krav 2, kende tegnet ved, at det indbefatter to forankrings tove (8) , 30 der er fastgjort til et i hovedsagen fælles punkt (9) på den faste fortøjning (5) og divergerer opad ud fra dette punkt, og hver er forbundet med den ene af to indbyrdes flugtende akseltappe (7a, 7b) på den nævnte krave (6).

4. Ledningsarrangement ifølge ethvert af kravene 2 35 og 3, kendetegnet ved, at akseltappene (7a, 7b) er monteret på et ringformet, udvendigt parti (13) af kraven 11 DK 169687 B1 (6), hvilket parti omgiver et centralt parti (12) af kraven, der sikrer fastspænding til ledningen (3) og overføring af trækket fra denne, hvorhos det ringformede, udvendige parti (13) er monteret omkring det centrale parti (12) orienteret 5 i en bestemt stilling.

5. Ledningsarrangement ifølge ethvert af kravene 2--4, kendetegnet ved, at det omkring ledningens horisontale del (3c) i højde med havbunden har i det mindste en anden krave (10), som ved hjælp af mindst én trækforbin- 10 delse (11) er fastgjort til den faste fortøjning (5).

6. Ledningsarrangement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at holdeorganeme indbefatter en samling hvirvelledforbindelser (15) , der strækker sig ud fra den faste fortøjning (5') over en strækning af ledningens neder- 15 ste del, hvorhos ledningen fortrinsvis med en bøsning (16), er fastgjort til den faste fortøjning (5').

7. Ledningsarrangement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at holdeorganerne indbefatter en rende eller slidske (17), der er fastgjort på den faste fortøjning 20 (5") og udgør en styre- og holderende for den tilsvarende del af ledningen i det vertikale plan, hvorhos ledningen fortrinsvis er fastgjort til den faste fortøjning (5") ved hjælp af en krave eller bøsning (18).

8. Ledningsarrangement ifølge ethvert af de foregående 25 krav, kendetegnet ved, at ledningen (3) forløber kontinuerligt mellem overfladefartøjet (1) og den på havbunden liggende konstruktion, især et brøndhoved (2) , hvorfra olie skal optages.

9. Ledningsarrangement ifølge ethvert af de foregående 30 krav, kendetegnet ved, at mellemstykket (4) udgøres af en samling flydelegemer med positiv opdrift, som er anbragt på ledningen med mellemrum i længderetningen.