NL8006468A - Stijgkolom met scharnierende voet voor de produktie van koolwaterstoffen op zee. - Google Patents

Description

803372/Ke/sn

Korte aanduiding: Stijgkolom met scharnierende voet voor de produktie van koolwaterstoffen op zee.

De uitvinding heeft betrekking op een stijgkolom met scharnierende voet voor de produktie van koolwaterstoffen op zee.

De stijgkolommen die gewoonlijk worden gebruikt om een onder water gelegen aardolieinstallatie (putkop, onderzees verzamelpunt 5 enz.) te verbinden met een produktieplatform dat zich bevindt aan de wateroppervlakte, en die in het algemeen met de Engelse term "riser" worden aangeduid, worden gevormd door een centrale buis voorzien van een aantal satellietbuizen, Een eerste serie van deze buizen omvat de produktiebuizen waardoorheen de koolwaterstoffen 10 omhoog gaan naar het produktieplatform. De centrale buis van de stijgkolom maakt het mogelijk om de koolwaterstoffen vanaf dit platform te versturen naar één of meerdere olie- of gasleidingen. Een tweede serie satellietbuizen van de kolom wordt gevormd door inspuitbuizen voor water en/of inspuitbuizen voor gas onder druk 15 vanaf het platform om de druk in de afzetting in stand te houden. Een derde serie satellietbuizen van de kolom wordt gevormd door de service buizen waarmee de druk voor het ophalen van de gereed-: schappen of instrumenten kan worden uitgeoefend die, in tegenstroom met de produktie, verpompt worden in de buizen van de eerste serie, 20 volgens de zogenaamde TFL methode (Through Flow Line).

De verbinding van een dergelijke stijgkolom op de waterbodem stelt grote problemen.

Het Britse octrooischrift 1.285.430 beschrijft een stijgkolom met satellietbuizen die schroefvormig zijn gewikkeld en be-25 vestigd zijn op een centrale buis. Een dergelijke stijgkolom laat geen belangrijke veranderingen toe in de positie van de drijvende installatie. De kolom is dus ongeschikt voor gebruik op waterdiepten die tot 300 meter of meer reiken.

Daarvoor zijn stijgkolommen voorgesteld die voorzien zijn I 30 van een flexibele inrichting zoals flexibele koppelingen ("flex :,_c 8 00 6 46 8 -2- joints") die een aanzienlijke verplaatsing toelaten van de drijvende installatie. Niettemin moesten middelen toegepast worden om ervoor te zorgen dat er bij de schuine stand van de stijgkolom geen krachten op de satellietbuizen werden uitgeoefend waardoor ze zouden kunnen 5 breken.

On dit probleem op te loseen is in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.701.551 voorgesteld om elke satellietbuis ter hoogte van het scharnierpunt in de stijgkolom, te vervormen volgens een lus die zich in hoofdzaak in een verticaal vlak bevindt. Deze oplossing 10 is niet bruikbaar voor de stijgkolommen zoals die tegenwoordig worden toegepast, en die een twintigtal of nog meer satellietbuizen moeten hebben. De omvang van de aldus ontstane lussen maakt toepassing onmogelijk· Bovendien blijven de in deze lussen ontstane spanningen nog te hoog voor de lussen die niet in het schuine vlak van de 15 stijgkolom liggen.

Een andere oplossing is voorgesteld in het Franse octrooi-schrift 2.377.570. Deze bestaat hierin dat een universeel koppeling van het kardantype wordt toegepast om de stijgkolom en elke satellietbuis wordt vervormd volgens twee spiralen die coaxiaal zijn 20 met de twee scharnierassen. Evenals vroeger is deze oplossing niet toepasbaar voor een stijgkolom die voorzien is van een zeer groot aantal satellietbuizen. Bovendien is het moeilijk om de continuïteit te verzekeren van de centrale buis wanneer de twee helften ervan zwenkbaar zijn met een universeel koppeling.

25 Het is bekend om de satellietbuizen in een schroef te wikke len om de centrale buis zodat een aanzienlijke uitslag mogelijk is van het vrije einde van deze satellietbuizen en ze gemakkelijk kunnen worden verbonden met de corresponderende buizen die bevestigd zijn aan de putkop (Frans octrooischrift 2.399.609 en Amerikaans 30 octrooischrift 3*189.098) of om een relatieve verplaatsing mogelijk i te maken van de twee opeenvolgende delen van de centrale buis met het oog op het compenseren van de verticale bewegingen van de drijvende installatie (Amerikaans octrooischrift 3,718.183), In alle 8 00 6 46 8 -3- gevallen zijn de schroefvormige delen van de satellietbuizen verlengd met geknikte buisdelen die eerst op de satellietbuizen worden aangesloten alvorens ze aan de centrale buis worden bevestigd. Hen zou dus kunnen denken aan het gebruik van een soortgelijke techniek voor 5 een stijgkolom waarvan de centrale buis voorzien is van een flexibele koppeling. Deze oplossing wordt beschreven in de Franse octrooiaanvrage 2.376.989 en in de Amerikaanse octrooischriften 3.913.668 en 4,046.407 waarin de satellietbuizen stijve buizen zijn, De ervaring toont dat de geknikte delen van de satellietbuizen dan de 10 hoogste spaneingen opvangen en dat de spanningen ontoelaatbaar zijn wanneer de stijgkolom zeer schuin staat. Er is eveneens geconstateerd dat, wanneer de stijgkolom schuin staat, de schroefvormige delen van de satellietbuizen worden vervormd tot ze met elkaar in contact komen.

15 Het is ook uit de Amerikaanse octrooischriften 3.426.843 en 4,031*919 bekend om de stijve satellietbuizen te vervangen door flexibele leidingen die praktisch schroefvormig om de flexibele inrichting zijn aangebracht onderaan de riser, en die rechtstreeks j worden aangesloten op de stijve satellietbuizen die evenwijdig lopen 20 aan de hartlijn van de centrale pijp. Uitgevoerde proeven hebben 1 aangetoond dat er grote krachten verschijnen op de plaats van deze bevestigingen en dat, bij grote schuine hoeken van de stijgkolom, de vervormingen van de profielen van de flexibele leidingen leiden tot een door elkaar raken van de flexibele leidingen, 25 De meeste tot nu toe voorgestelde stijgkolommen voor gemid delde waterdiepten (150 tot 300 meter) zijn niet in staat om, bij afwezigheid van speciale handelingen, de uitzonderlijke belastingen ; op te vangen waarmee rekening gehouden moet worden gedurende een produktietijd in de orde van twintig jaar. Deze speciale handelingen 30 kunnen in het bijzonder bestaan uit een loskoppeling, en zelfs uit opheffing van het geheel.

Bovendien overtreft,bij deze bestaande stijgkolommen, de 800 6 46 8 -4- hoekverdraaiing aan de voet van de kolom als gevolg van deze extreme belastingen, de capaciteit van de flexibele koppelingen ("flex joints") en/of van de satellietbuizen.

Recente studies hebben aangetoond dat de hoekbeweging die 5 ontstaat aan de scharnierende voet van een produktiestijgkolom onder deze extreme omstandigheden groter is dan 10°, welke waarde de grens voorstelt van hoekbewegingen van de kogelscharnieren en flexibele koppelingen die momenteel beschikbaar zijn. Andere studies hebben aangetoond dat de afzettingen van koolwaterstoffen waarvan de ex-10 ploitatie vanaf een drijvende inrichting in de nabije toekomst uitvoerbaar is een stijgkolom zullen vragen die uitgerust met een twintigtal satellietbuizen die dienen als buizen voor produktie, inspuiting en service,

De uitvinding beoogt een stijgkolom met scharnierende 15 voet te verschaffen die een groot aantal satellietbuizen kan hebben (een tintigtal of meer) en die bestand is tegen de extreme belastingen (honderdjarige omstandigheden) waarbij in het bijzonder een hoek tussen de kolom en de verticaal kan optreden die 20° kan bereiken, 20 Verder beoogt de uitvinding een voet van een stijgkolom te : verschaffen die eenvoudig op zijn plaats gezet kan worden en te onderhouden is, zonder de hulp van duikers.

Deze oogmerken worden volgens de uitvinding bereikt met een stijgkolom met scharnierende voet voor de produktie van koolwater-25 stoffen op zee, welke kolom een onder water gelegen installatie kan verbinden met een produktieplatform, en omvattend een centrale leiding voorzien van een aantal satellietbuizen en een flexibele ver-bindingsinrichting voor die kolom aan de onder water gelegen installatie, in combinatie met een aantal flexibele aansluitleidingen die 30 alle aangebracht zijn om de verbindingsinrichting in hoofdzaak volgens een schroefvormig gewikkelde baan, welke verbindingsleidingen de satellietbuizen verbinden met corresponderende buizen die aange- 8006468

L:CjL>f<,"’oLC

-5- bracht zijn aan de onder water gelegen installatie, met het kenmerk dat de stijgkolom voorzien is van onderste en bovenste be-vestigingsorganen voor de aansluitleidingen aan de flexibele ver-bindingsinrichting, welke organen vast verbonden zijn met het onder-5 ste gedeelte respectievelijk het bovenste gedeelte van de flexibele verbindingsinrichting en waardoor de uiteinden van elke aansluit-leiding gericht gehouden worden in het verlengde van de schroefvormige wikkeling.

Het is van voordeel wanneer de verbindingsinrichting ten 10 minste twee flexibele koppelingen omvat die in serie zijn geplaatst alsmede tussenliggende bevestig!ngsorganen voor de aansluitleidingen die zich bevinden tussen de flexibele koppelingen.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening van een uitvoeringsvoorbeeld, 15 Fig, 1 toont een aanzicht van een scharnierende voet van een stijgkolom volgens de uitvinding;

Fig. IA is een gedeeltelijke doorsnede van bovenaf volgende lijn A in fig, 1, op veel grotere schaal, waaruit de plaatsing van de flexibele leidingen om de bovenste koppeling blijkt, zonder dat 20 de verankeringsmiddelen voor die leidingen op die hocgre zijn weergegeven;

Fig, 1B is een gedeeltelijk aanzicht vanaf links, op de hoogte die aangeduid is door de pijl in fig, 1, op veel grotere schaal, waarin de verankeringsmiddelen zichtbaar zijn voor de flexibele j 25 leidingen boven de bovenste flexibele koppeling;

Fig. 1C is een gedeeltelijke doorsnede volgens de lijn C in fig. 1 en op veel grotere schaal, waarin de tussenliggende bevestigingspunten zichtbaar zijn van de flexibele leidingen aan de stijgkolom tussen de twee flexibele koppelingen; 30 Fig. 2 toont het corresponderende aanzicht op deze zelfde hoogte;

Fig. 3, 4 en 5 tonen schematisch in doorsneden op de hoogten A, C respectievelijk D in fig. 1 de schroefvormige wikkeling van de „, 8 Ó 0 6 4 6 8 -6- verschillende in fig· 1 weergegeven flexibele leidingen op twee coaxiale cylindervlakken*

In de weergegeven uitvoeringsvorm is, ter wille van de duidelijkheid van de tekening, een stijgkolom weergegeven die slechts een 5 klein aantal satellietbuizen omvat, maar de uitvinding is eveneens toepasbaar wanneer het aantal satellietbuizen groot is, bijvoorbeeld het getal twintig bereikt of overschrijdt.

In de tekening wordt door 1 een onderzeese installatie aangeduid voorzien van een hydraulische aansluiting 2.

10 Door 4 wordt het lopende gedeelte aangeduid van een produktie- stijgkolom of riser, bestaande uit een centrale buis 5 die voorzien is van een aantal satellietbuizen 6a, 6b ·,· enz. ···, die verbonden moeten worden met corresponderende buizen 7a, 7b ··· enz. ... van de onderzeese installatie 1* Deze satellietbuizen worden op een op 15 zichzelf bekende wijze bevestigd op de centrale buis 5.

Een flexibele verbindingsinrichting, die geplaatst is in het onderste gedeelte van de kolom 4, is ondergebracht tussen een flens 4a aan de onderzijde daarvan een een flens 3a die zich bevindt aan de onderzijde van een aansluitorgaan 3 voor de centrale buis 5 op ! 20 het hydraulische verbindingsorgaan 2. Het orgaan 3 is voorzien van een flens 3b aan het van de flens 3a afgekeerde einde.

Deze verbindingsinrichting omvat twee flexibele koppelingen 8 en 9 die in serie zijn geplaatst en die gescheiden worden door een tussenliggend element 10 waarmee ze zijn verbonden door flenzen. De 25 uiteinden van deze inrichting zijn voorzien van de flenzen 8a en 9a die aansluiten op de flenzen 3b respectievelijk 4a.

De flexibele koppelingen 8 en 9 kunnen van een bekend type zijn, bijvoorbeeld volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.068.868.

De verbindingsinrichting omvat verder een aantal flexibele 30 aansluitleidingen 11a tot lig die bestemd zijn om de verbinding te verzorgen tussen de satellietbuizen 6a t/m 6e en de corresponderende buizen 7a t/m 7c van de putkop.

800 6 46 8 -7-

Deze leidingen zullen bijvoorbeeld gewapende flexibele leidingen zijn van het type dat beschreven wordt in het memo OTC 2196 (Offshore Technology Conference 1977) in het bijzonder aan de hand van fig. 1 van dit memo.

5 Deze leidingen zijn schroefvormig opgesteld met een grote spoed om de flexibele verbindingsinrichting. De kromtestraal van de leidingen 11a tot 1l£ zal bij voorkeur voldoende zijn om het mogelijk te maken dat in sommige van deze leidingen verpompte gereedschappen of instrumenten lopen, volgens de aan de vakman be~ 10 kende TFL methode (Through Flow Line).

In de weergegeven uitvoeringsvorm waarin de flexibele leidingen aangebracht zijn volgens ingeschreven schroeflijnen op twee cylindervlakken met verschillende straal (r en R) met tegengestelde spoed op deze twee vlakken, welke schroeflijnen bij voorkeur co- 15 axiaal zijn, zoals weergegeven (zie fig, 3 tot 5),

Het aantal flexibele leidingen 11a, 11b ... enz* ... is gelijk aan dat van de satellietbuizen 6a, 6b ... enz* *.* van de stijgkolom waarmee die leidingen verbonden zijn door de verbindingsinrichtingen 12a, 12b *.· enz* 20 De aansluiting blijkt niet uit het bovenste gedeelte van fig.

1 waar de centrale buis 5 en de satellietbuizen 6a, 6b ... enz. onderbroken zijn. Deze aansluiting wordt tot stand gebracht door gebogen delen onderaan de satellietbuizen, welke buisdelen aansluiten op de verbindingsinrichtingen 12a, 12b ... enz.

25 De verbindingen 12a, 12b ... enz. ... zijn verankerd boven de ; bovenste flexibele koppeling 9 door middel van bovenste bevesti-gingsorganen die in fig. 1 en IA duidelijkheidshalve niet zijn ge-; tekend* Deze middelen zullen hierna worden beschreven aan de hand van fig. 1B.

30 Aan het ondereinde omvatten de flexibele leidingen 11a tot lig op soortgelijke wijze verbindingsorganen 13a, 13b ... enz. ... die verankerd zijn aan het aansluitorgaan 3, onder de onderste flexibele koppeling 8, door middel van onderste bevestigingsorganen „„ 8 00 6 46 8 —8— 4 ' die in fig. 1 niet zijn getekend.

Het element 10 is voorzien van tussenliggende bevestigingsorganen voor de flexibele leidingen 11a tot 1l£,

Deze bevestigingsorganen, die in fig, 1 niet zichtbaar zijn, 5 kunnen bevestigingsarmen zoals 14, 15 en 16 omvatten (fig, 1C en 2), waarvan de uiteinden voorzien zijn van buisvormige elementen of bevestigingsbanden 17 tot 20 die zo worden vastgehouden dat de hartlijnen ervan raken aan de schroefvormig verlopende profielen van de aansluitleidingen· 10 Zo zijn de onderste en bovenste bevestigingsorganen die zich bevinden aan de uiteinden van het schroefvormige gedeelte van de be-vestigingsleidingen gericht in het verlengde van die schroeflijn.

Uitgevoerde onderzoekingen hebben aangetoond dat onder deze omstandigheden de krachten waaraan de flexibele leidingen onderhevig 15 zijn over het gehele schroefvormige gedeelte minimaal zijn en een schuine stand onder grote hoek toelaten van de stijgkolom zonder dat de afstand tussen twee naburige aansluitleidingen opmerkelijke wijziging ondergaat.

Zoals weergegeven in fig. 1B kunnen de verbindingsorganen 12a, 20 12b ... enz, ,,, verbonden worden met een orgaan 4b dat zelf verbon-; den is met de flens 4a, door middel van een stel bevestigingsarmen en -hoekstukken zoals 23, 24, 25 en 26 die met geschikte oriëntatie onderling zijn gelast en ook aan het orgaan 4b, waarbij deze armen en hoekprofielen voor de bevestiging de bevestigingsbanden 27, 28 25 en 29 dragen.

Een analoog bevestigingssysteem kan worden gebruikt voor de onderste verbindingsorganen 13a, 13b ,,, enz. ..., waarmee de flexibele leidingen 11a tot 1l£ aangesloten kunnen worden op de buizen 7a, 7b ... enz, ,·· waarmee de onderzeese installatie 1 is uitgerust, | 30 door middel van gebogen stijve verlengingsbuizen 21a, 21b enz, ···, die aan het ondereinde voorzien zijn van bussen 22a, 22b ,,, enz. ·.· voor aansluiting op de buizen 7a, 7b ... enz, ,,, Deze bussen, die i : 8 0 0 6 46 8 <- I* -9- bevestigd zijn ααη een ring 30 die verbonden is met de hydraulische verbindingsinrichting 2, kan van een klassiek type zijn waarvan de aansluiting kan worden uitgevoerd door eenvoudige geleiding ("stab-connectors"), hetgeen de plaatsing en het onderhoud van de 5 stijgkolom vergemakkelijkt* Uiteraard kunnen binnen het kader van de uitvinding deze verlengingsbuizen vervangen worden door stukken flexibele leiding of verlengingen van de flexibele aansluitleiding, mits ze de bevestigingsorganen vasthouden in het verlengde van de schroefvormige wikkelingen van de flexibele leidingen, 10 Uit het voorgaande volgt dat de delen van de leidingen die zich bevinden tussen de onderste bevestigingsorganen en de aansluit-| bussen praktisch geen enkele kracht ondervinden wanneer de stijg-kolom schuin staat*

Door geleiding van de daling van deze kolom wordt het moge- 1 15 lijk om de bussen 22a, 22b *** enz* ·*· terecht te laten komen op de corresponderende bussen 31a, 31b ... enz. ··· van de buizen 7a, ! : j 7b ... waarmee de onder water liggende installatie 1 is uitgerust, zonder dat de hulp van duikers nodig is.

De in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm heeft het voordeel 20 dat een aanzienlijke schuine stand van de voet van de stijgkolom mogelijk is (die 20° kan bereiken als elk van de flexibele koppelingen 8 en 9 afzonderlijk een maximale hoek van 10° toelaat), Hen zou ook meer dan twee flexibele koppelingen op elkaar kunnen plaatsen met tussenliggende bevestigingsorganen tussen opeenvolgende 25 flexibele koppelingen, voor de schroeflijnen die worden gevormd door de flexibele leidingen 11a tot 1l£, zoals die welke weergegeven zijl in fig. 1C en 2, mits die bevestigingsorganen de flexibele aansluit-leidingen vasthouden volgens hun schroefvormige profiel.

Hen kan de flexibele leidingen ook het verloop laten volgen 30 van ingeschreven lijnen op meer dan twee schroeflijnen met verschillende straal, waardoor het aantal flexibele leidingen kan worden vergroot.

- conclusies - 8 00 6 46 8

Claims (7)

1, Stijgkolom met scharnierende voet voor de produktie van koolwaterstoffen op zee, welke kolom een onder water gelegen installatie kan verbinden met een produktieplatform, en omvattend een centrale leiding voorzien van een aantal satellietbuizen en 5 een flexibele verbindingsinrichting voor die kolom aan de onder water gelegen installatie, in combinatie met een aantal flexibele aansluitleidingen die alle aangebracht zijn om de verbindingsinrichting in hoofdzaak volgens een schroefvormig gewikkelde baan, welke verbindingsleidingen de satellietbuizen verbinden met 10 corresponderende buizen die aangebracht zijn aan de onder water gelegen installatie, met het kenmerk dat de stijg-kolom voorzien is van onderste en bovenste bevestigingsorganen voor de aansluitleidingen aan de flexibele verbindingsinrichting, welke ! organen vast verbonden zijn met het onderste gedeelte respectievelijk 15 het bovenste gedeelte van de flexibele verbindingsinrichting en waardoor de uiteinden van elke aansluitleiding gericht gehouden worden in het verlengde van de schroefvormige wikkeling.

2. Stijgkolom volgens conclusie 1, m e t het kenmerk dat de flexibele verbindingsinrichting ten minste twee 20 in serie met elkaar verbonden flexibele koppelingen omvat en tussenliggende bevestigingsorganen voor de aansluitleidingen die zich bevinden tussen de flexibele koppelingen.

3. Stijgkolom volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het bevestigingsorgaan van elke aansluitlei- 25 ding een buisvormig element omvat waarvan de as georiënteerd is in het verlengde van de schroefvormige wikkeling.

4. Stijgkolom volgens conclusie 3, m e t het kenmerk dat de bovenste bevestigingsorganen zorgen voor ! de verbinding van elk van de aansluitleidingen met een satelliet-30 buis waarvan een gedeelte gebogen is zodanig dat het uiteinde ervan 800 6 46 8 -11- in het verlengde ligt van de schroefvormige wikkeling*

5* Stijgkolom volgens conclusie 4, me t het kenmerk dat de onderste bevestigingsorganen gevormd worden door gebogen leidingen die bovenaan verbonden zijn met de flexibele 5 aansluitleidingen en onderaan met de buizen waarmee de onder water gelegen installatie is uitgerust, door middel van aansluitbussen die verankerd zijn aan het onderste gedeelte van de verbindingsin-richting*

6, Stijgkolom volgens conclusie 1, m e t het 10 kenmerk dat de aansluitleidingen een kromtestraal hebben die voldoende is om de doorgang mogelijk te maken van gereedschappen die binnen die leidingen verpompt worden,

7, Stijgkolom volgens conclusie 1, m e t het kenmerk dat de verbindingsleidingen aangebracht zijn volgens 15 schroeflijnen die ingeschreven zijn op cylindervlakken met verschillende stralen* 8 00 6 46 8