NO149238B - Fremgangsmaate og system for forankring av et fartoey - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en konstruksjon som flyter

i et vannområde. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en flytende konstruksjon fra hvilken boring av brønner og/eller produksjon av olje og gass e.l. operasjoner, eller begge deler, utføres. I sine mer spesifikke aspekter vedrører oppfinnelsen en flytende konstruksjon som har oppdriftsmidler som holder konstruksjonen flytende og hvor konstruksjonen er forankret ved hjelp av flere stort sett parallelle og vertikale kanaler som vanligvis kalles "stigerør". Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en slik konstruksjon hvor konsentriske foringsstrenger inne i stigerør danner en viktig del av forankringssystemet.

I senere år er det blitt ønskelig å benytte et flytende fartøy

for å bore brønner i marint miljø. Mange av disse konstruksjoner er blitt holdt på plass ved hjelp av konvensjonelle kjedeline-fortøyninger eller ved hjelp av fremdriftstrusterenheter. En type flytende fartøy som har fått oppmerksomhet for boring eller produksjon av brønner i vann er den vertikalt fortøyde plattform så som beskrevet i US patent nr. 3 648 638. En avgjørende faktor for vertikalt fortøyde plattformer er at den flytende plattform kun er forbundet med forankringsmidler på sjøbunnen ved hjelp av langstrakte parallelle deler som for-trinnsvis er kanaler med stor diameter, vanligvis kalt stigerør. Disse langstrakte deler eller stigerør holdes i strekk ved hjelp av overskuddsoppdrift i plattformen.

Foreliggende oppfinnelse er en forbedring av det forankringssystem som er beskrevet i ovennevnte US patent nr. 3 648 638. Dette patent anses for å representere den nærmeste kjente teknikk, og foreliggende oppfinnelse er en forbedring av denne. Andre patenter som vedrører vertikalt fortøyde plattformer omfatter

US patent nr. 3 559 410, 3 559 411, 3 572 272, 3 976 021, 3 978 804, 3 983 828, 3.993 273, 4 062 313 og 3 154 039. Det finnes også tidligere patenter og teknikk som viser konsentriske foringsstrenger som strekker seg fra en undervannsbrønn til en plattform over vannflaten. I den siste henseende henvises til US patent nr. 3 971 576. US patent nr. 3 705 623 viser konsentriske rør 33 og 17 som er forbundet med én oppdriftsdel 19. Imidlertid utgjør disse konsentriske rør ingen del av forankringssystemet. Ingen av disse patenter eller tidligere kjent teknikk viser forankring av en vertikalt fortøyet plattform ved hjelp av konsentriske strekkbelastede foringsstrenger inne i et ytre, strekkbelastet stigerør. Det er ikke kjent tidligere teknikk som gjør dette.

Oppfinnelsen vedrører et forankringssystem og en fremgangsmåte for å forbinde et fartøy som flyter i et vannområde med en undersjøisk brønn som har en første foringsstreng innsatt og festet i et'hull i bunnen av nevnte vannområde, og en andre foringsstreng som er understøttet i den første streng og som strekker seg dypere enn den første foringsstreng og ér festet i hullet. En første stigerørskanal (vanligvis kalt et "stigerør") er forbundet ved sin nedre ende til første foringsstreng på

tett måte slik at den første stigerørskanal og den første foringsstreng danner en fluidumstett kanal. Den øvre ende av den første stigerørskanal er understøttet fra fartøyet under strekk. Den nedre ende av en andre stigerørskanal eller stigerørsforing er forbundet med den andre foringsstreng på

tett måte slik at nevnte andre foringsstreng og den andre stige-rørskanal danner en andre fluidumstett kanal. Den øvre ende av den andre stigerørskanal understøttes fra et øvre parti av den første stigerørskanal slik at strekk utøves i den andre stigerørs-kanal når strekk utøves i den første stigerørskanal.

De øvre og nedre ender åv den første stigerørskanal (eller stige-rør) er forsynt med avslutninger som i virkeligheten er avstivede seksjoner av stigerøret for å distribuere krumning over en lengde eller et parti av lengden av stigerøret. De andre eller indre, stigerørkanaler er forsynt med sentreringsanordninger inne i den ytre eller første stigerørskanals avslutninger. De øvre og nedre ender av de indre stigerørsstrenger trenger ingen avslut-

ninger. Det vises forøvrig til kravene.

Andre formål ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av det utførelseseksempel på oppfinnelsen som er vist på vedføyede tegninger.

Fig. 1 er et oppriss av en vertikalt fortøyet plattform.

Fig. 2 viser delvis i snitt en stigerørsanordning i et ben av den vertikalt fortøyede plattform på fig. 1. Fig. 3 viser et forstørret snitt av innretningen på fig. 2 for forbindelse av toppendene av de indre foringsstrenger med stigerøret. Fig. 4 viser en innretning for å forbinde stigerøret med foringsstrengen forankret i en brønnboring. Fig. 1 viser et sideriss av en vertikalt fortøyet plattform. Der er plattformen 10 understøttet i et vannområde 12 som har en bunn 14. Konstruksjonen 10 omfatter stort sett en flottørinnretning 16 som understøtter et arbeidsdekk 18 over overflaten 20 av vannområdet 12. Det gjøres oppmerksom på-at en vertikalt for-tøyet plattform er beskrevet i detalj i US patent 3 648 638. Flottørinnretningen 16 er eksempelvis sammensatt av fire flaskeformede flytende ben 22. Hvert ben 22 er forankret ved hjelp av flere stigerør 2%4 som er forsynt med av stands ho lde re 26. Stigerørene 24 er forbundet med foringer 28 som er fastsementert i hull i bunnen av vannområdet. En mal 30 er vist på bunnen 24, gjennom hvilken brønner for foringene 28 ble styrt. Stigerør 24 er vanligvis laget av stål av god kvalitet og er typisk 0,5 m i diameter. Stigerørene 24 er parallelle og holdes i strekk av den vertikale kraft som utøves på den flytende konstruksjon. Den typiske lengde av disse stigerør 24 kan være fra 150 m til mer enn 1000 m fra basisen av benelementet 22 av den vertikalt fortøyede plattform til sjøbunnen 14.

På fig. 2 er det vist en forbedret forankringsforbindelsesinn-retning mellom den vertikalt fortøyede plattform og sjøbunnen. Her er det vist et ben 22 som utgjør en av de fire flytedeler av"den vertikalt fortøyde plattform på fig. 1. For enkelhets og oversiktens skyld er det kun vist en stigerørsinnretning som strekker seg mellom benet 22 og sjøbunnen 14. En vertikal passasje 32 strekker seg gjennom den nedre del eller det utvidede parti av benet 22. Den øvre ende av stigerørinnretningen 24 er forsynt med en øvre stigerørsavslutning 34. Det er tidligere kjent at dersom en rørformet del holdes under strekk og utsettes for bøyning, vil spenningene bli konsentrert ved endene. En måte å imøtekomme dette problem på er å gjøre endeseksjonen tilstrekkelig stiv til å fordele den eventuelt opptredende bøyningsdeformasjon over en større lengde. Dette er hva som gjøres her, og det forsterkede parti kalles "en avslutning",

i dette tilfelle "den øvre stigerørsavslutning 34". En avslutning er således en avstivet seksjon av stigerøret for å fordele kurvaturen over et bestemt parti av stigerøret.

Øvre horisontale lagre 36 og nedre horisontale lagre 38 er anordnet mellom den øvre avslutning 34 og veggen av passasjen 32 gjennom benet 22. Over det horisontale lager 36 er det en vertikal lagerinnretning 40. Detaljer av dette vertikale lager 40 er vist i US patent nr. 3 976 021, fig. 17 og 18. Det omfatter primært en jekk 42, en brakett 44, anleggsskuldere 46 for den øvre ende av den øvre stigerørsavslutning 34 og mellomlegg og lågere 48. Den vertikale kraft fra strekket i stigerøret 24 overføres gjennom det vertikale lager 4 0 til benet 22 av den vertikalt fortøyede plattform.

Den nedre ende av stigerøret 24 er forbundet med en nedre avslutning 50 som passerer gjennom et drivrør 52 i malen 30. En 0,5 m's ledningsføring 54 er opphengt fra drivrøret 52 gjennom en slamrørsopphengning 56 som i realiteten kan være en oppad-vendede skulder 58 på drivrøret 52, og en skulder 60 som har en nedadvendende skulder, festet til ytterveggen av. den 50 cm's ledeforing 54. Dersom bunnen 14 er tilstrekkelig bløt, kan driv-røret 52 drives den nødvendige dybde ned i bunnen 14. I motsatt fall kan et hull bores gjennom styrerøret. Et hull kan bores gjennom drivrøret 52, og den 50 cm's ledeforing 54 kan plasseres og sementeres på plass ved bruk av konvensjonelt sjøboreutstyr.

Etter at den 50 cm's foring er blitt sementert på plass, kan det bores et hull i bunnen av denne med mindre diameter for å gi plass for neste foringsstørrelse. Dette kan være en foring med 35 cm diameter, som er vist som foring 62, og som under-støttes av slamrørunderstøttelsen 64, som er lik slamrørunder-støttelsen 56. Den andre eller 35 cm's foring 62 føres så ned og sementeres på plass. Deretter føres en 35 cm's stigerørs-foringsstreng 78 på plass og forbindes med foringen 62. Etter at dette er gjort, bores et ytterligere hull for å gi plass for den neste mindre foringsstørrelse, som kan være ca. 2 5 cm. Igjen føres den innerste foringsstreng inn og sementeres på

plass og understøttes av slamrørunderstøttelsen 68. Ethvert ønsket antall av disse foringsstrenger kan føres på plass i borede hull på den ovenfor beskrevne måte, som i og for seg er vel kjent. De øvre ender av hver av foringene 54, 62 og 66 er forsynt med en låseinnretning, så som J-spor 70, 72 og 74.

Den nedre ende av stigerøret 24 er forbundet med den øvre ende

av ledeforingen 54 ved hjelp av en J-knast 76 som passer inn. i J-sporet 70. Tetningsmidler er også anordnet slik at en fluidumstett kanal dannes fra lederen eller ytre foring 54 oppover til den flytende konstruksjon som her er eksemplifisert ved benet 22. Låsemidler, ikke vist, mellom foringsstrengen 54 og drivrøret 52 kan installeres for å begrense vertikal bevegelse mellom foringsstrengen 54 og drivrøret 52. En lignende anordning kan installeres for påfølgende par av foringsstrenger så som strengene 62 og 66.

Inne i stigerøret 24 er det vist to konsentriske foringsstrenger, en midlere streng 78 og en innerste streng 80. Naturligvis kan ethvert fornuftig antall indre foringsstrenger benyttes. Den nederste ende av den midlere streng 78 er forbundet ved hjelp av J-spor 72 til den sementerte foringsstreng 62 i borehullet,

og likeledes er den nederste ende av den innerste foringsstreng 80 forbundet med den sementerte foringsstreng 66, som er vist som den minste på tegningen. Man har således en foringsstreng 62 og en midlere foringsstreng 78 som danner en fluidumstett kanal som strekker seg fra bunnen av foringen til toppen av den midlere foring 78. Likeledes dannes det en mindre fluidumstett kanal som fører fra den nedre ende av den innerste fastsementerte foring 66 gjennom foringsstrengen 80 til toppen av plattformen. Om ønskelig kan den midlere foringsstreng 78 installeres før

hullet for den indre foringsstreng 66 bores.

Forbindelsesarrangementet mellom stigerøret og foringen plassert i brønnboringen er vist på fig. 4. Der er også vist det J-formede spor 70 på den øvre ende av det utvidede endeparti

av foringen 54 og en J-knast 76 som er anordnet på den nedre ende av stigerøret 24. Tetningsmidler 82 er anordnet mellom den nedre ende av stigerøret 24 og det utvidede parti av den øvre ende av foringsstrengen 54. Forbindelsen 72 for den midlere foringsstreng 78 og den sementerte foring 62 og forbindelsen 74 for den innerste foringsstreng 80 og den sementerte foring 66 kan være lik den som er vist på fig. 4.

Det henvises nå til midlene for understøttelse av den øvre ende av den midlere streng 78 og den innerste stigerørskanal 8 0 med den øvre ende av stigerøret slik at de indre foringsstigerørs-strenger 78 og 80 danner en del av forankringssystemet. Dette er tydelig vist på fig. 3. Den øvre ende av stigerørforlengelsen 24A er forsynt med en flens 81. Et opphengningsstykke 84 for foringen er anordnet på toppen av flensen 81. Det er anordnet midler for å forbinde opphengningsdelen 84 med den midlere foringsstreng 78. Dette omfatter en låseinnretning 86. Skruer 88 benyttes til å feste en tetning for ringen mellom foringen 78 og foringsopphengningsdelen 84. Således er den øvre ende av foringen 78 understøttet fra stigerørforlengelsen 24A gjennom foringsopphengningsdelen 84. Foringsopphengningsdelen 84 har en øvre flens 92 som understøtter en foringsopphengningsdel 94. Således er den innerste foringsstreng 80 understøttet fra stige-rørsfprlengelsen 24A gjennom foringsopphengningsdelen 84 '•og 94. Bolter 100, 102 og 104 med egnet behandling og tetning er anordnet for å sikre fluidumstett ringformede rom 106 mellom stigerørsforlengelsen 24A og stigerørsforingskanalen 78 og ringen 108 mellom de to indre foringsstrenger 78 og 80. Plugger 110 og 112 kan fjernes og manometere installeres for å bestemme trykket i disse ringformede rom. Konvensjonelle ventiler og annet utstyr kan plasseres på forlengelsen 114 for produksjon fra brønnen boret gjennom disse foringer.

Den foretrukne installasjonsprosedyre er først å sette stigerøret 24 under strekk med en forutbestemt verdi ved hjelp av jekken 4 2 og deretter benytte mellomlegg for å bringe lageret 48 på plass. Hullet for foringen 62 bores. Foringen 62 føres på plass og sementeres. Stigerørsforingen 78 innføres så og låses til foringen 62 ved J-sporet 72. Deretter settes foringsstigerøret 78 under strekk ved hjelp av heiseutstyret på boreriggen inntil en forutbestemt verdi nås som er en funksjon av strekket i stigerøret 24. Låsemidlene 86 tilsettes for å låse den øvre ende av foringsstigerøret 78 til foringsopphengningsdelen 84. Andre indre strenger installeres på en lignende måte.

Inne i stigerøret 24 og stigerørsavslutningene 34 og 50 er det anordnet sentreringsinnretninger 35 mellom stigerøret 24 og avslutningen 34 og 50 og den første eller midlere foringsstreng 78 og sentreringsinnretninger 37 mellom foringsstrengene 78 og . 80. Herved kontrolleres friksjonsslitasje forårsaket av den relative bevegelse mellom de to strenger. Foringsstrengen,

som befinner seg inne i stigerøret, trenger ingen avslutning.

Ved det ovenfor beskrevne system skjer en betydelig del av fortøyningen ved hjelp av de indre foringsstrenger 78 og 80. Dette gir en mye sterkere forankringsinnretning for en gitt størrelse stigerør og vil gi bedre beskyttelse i tilfelle av en sterk storm. Fortøyningstilskuddet fra det ytre stigerør 24 sammenlignet med de indre foringstrenger 78, 80 etc. er en funksjon av tverrsnittsarealet, eller mere nøyaktig, en funksjon av deres respektive aksiale fleksibilitet. Den del av for-tøyningen som utføres av foringsstigerørene kan variere fra så lite som omtrent 25% til omtrent 70% av de totale fortøynings-krefter.

Et eksempel hvor foringsstigerørene bærer 27% av fortøynings-kraften i rolig vann:

Et eksempel hvor foringsstigerørene bærer 4 5% av fortøynings-kraften i rolig vær er:

Disse fordelinger er bestemt av den aksiale fleksibilitet av stigerørsstrengene og av den forventede temperatur- og trykkeffekt. De vil endre seg når temperaturen og trykkfordelingen mellom hver streng varierer. De vil også endre seg når den totale fortøynings-kraft endrer seg under innvirkning av vind, bølger og strøm.

Selv om utførelseseksemplene ovenfor er angitt meget detaljert,

er det mulig å innlemme variasjoner i disse uten å avvike fra oppfinnelsens idé og ramme.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å forbinde et fartøy (10) som flyter i et vannområde (12) med en undersjøisk brønn som har en første foringsstreng (54) innsatt og festet i et hull i bunnen (14) av nevnte vannområde, og en andre foringsstreng (62) som er understøttet i førstnevnte streng, og som strekker seg dypere enn førstnevnte streng og er festet i hullet, karakterisert ved at den omfatter de trinn å

forbinde en første stigerørkanal (24) ved dens nedre ende med førstnevnte foringsstreng (54) på en tett måte, slik at først-nevnte stigerørkanal og førstnevnte foringsstreng danner en fluidumtett kanal; understøtte den øvre ende (34) av førstnevnte stigerørkanal (24) i fartøyet (10) for å utøve strekk i denne; forbinde den nedre ende av en andre stigerørkanal (78) med den andre foringsstreng (62) på en tett måte, slik at den andre foringsstreng og den andre stigerørkanal danner en andre fluidumtett kanal; og understøtte den øvre ende av den andre stigerørkanal (78) i fartøyet (10) og utøve strekk i den andre stigerørkanal.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å understøtte den andre stigerørkanal (78) fra den øvre ende av førstnevnte stigerørkanal (24) på et punkt (81) over det nivå på førstnevnte stigerørkanal hvor førstnevnte stigerørkanal er understøttet i fartøyet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å legge det aksiale strekk som utøves i alle strekkbelastede kanaler (78) inne i den første stigerørkanal (24) i området mellom 25% og 70% av det totale aksiale strekk som bæres av den første stigerørkanal (24), og alle strekkbelastede kanaler (78) inne i den første stigerørkanal.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor en tredje foringsstreng (66) er understøttet inne i den andre streng (6 2) og strekker seg dypere enn den andre streng og er festet i hullet, karakterisert ved å utøve strekk i nevnte andre stigerørkanal (78) ved hjelp av strekkinnretninger som er understøttet av fartøyet (10) og forbundet med den øvre ende av den andre foringsstreng (62); feste den øvre ende av den andre stigerørkanal (78) mens den er under strekk til et øvre parti av førstnevnte stigerørkanal (24); frigjøre den andre stigerørkanal (78) fra strekkinnretningene; forbinde den nedre ende av en tredje stigerørkanal (80) med nevnte tredje foringsstreng; utøve strekk i nevnte tredje stigerørkanal (80) yed hjelp av strekkinnretninger som er understøttet i fartøyet (10) og forbundet med den øvre ende av nevnte tredje foringsstreng (66); feste den øvre ende av nevnte tredje stigerørkanal (80) mens den er under strekk til et øvre parti av førstnevnte stigerør-kanal (24); og frigjøre den tredje stigerørkanal (80) fra strekkinnretningene.

5. System for foranxring av et fartøy (10) som flyter i et vannområde (12) til flere konsentriske foringer (54, 62) forankret i bunnen av vannområdet, karakterisert ved at det omfatter en strekkbelastet første stigerørkanal (24); et vertikalt understøttelseslager (40) som forbinder et øvre endeparti (34) av førstnevnte stigerørkanal med fartøyet; "et horisontalt lager (36) mellom det øvre endeparti (34) av førstnevnte stigerørkanal (24) og fartøyet (10) for over-føring av horisontale krefter derigjennom; en strekkbelastet andre stigerørkanal (78) inne i førstnevnte stigerørkanal (24); og understøttelsesmidler (24A, 81, 84, 86) som understøtter nevnte andre stigerørkanal (78) i fartøyet.

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at et av understøttelsesmidlene (24A) av den øvre ende (34) av den første stigerørkanal (24) strekker seg gjennom det vertikale understøttelseslager (40) som en avslutning.

7. System ifølge krav 5, karakterisert ved at det omfatter et understøttelsesmiddel (84, 86) på den andre stigerørkanal (78) i avslutningen, idet veggen av den andre stigerørkanal har omtrent jevn tykkelse langs hele sin lengde.

8. System ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte understøttelsesmidler understøtter den andre stigerørkanal (78) i førstnevnte stigerørkanal (24) på et nivå over nevnte vertikale understøttelseslager (40).