NO151232B - Horisontal-trustlager for vertikalt fortoeyet plattform - Google Patents

Abstract

Horisontal-trustlager for vertikalt fortøyet plattform.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en flytende konstruksjon fra hvilken^bore- eller produksjonsoperasjoner utføres. Den ved-rører spesielt en horisontal-lagerinnretning for bruk for stigerør for en vertikalt fortøyet plattform.

I de senere år har det knyttet seg sterk interesse til boring

og produksjon av brønner under vann. Brønner kan bores på sjøbunnen enten fra faste plattformer på relativt grunt vann eller fra flytende konstruksjoner eller fartøyer på dypere vann. Den mest vanlige måte å forankre faste plattformer på omfatter neddrivning eller forankring på annen måte av lange pæler i sjøbunnen. Slike pæler strekker seg over vannflaten og under-støtter en plattform festet til toppen av pælene. Dette funk-sjonerer nogenlunde bra på grunt vann, men etterhvert som vannet blir dypere, forbyr denne fremgangsmåte seg på grunn av de medfølgende konstruksjonsproblemer og omkostninger. På

dypere vann er det vanlig praksis å bore fra en flytende konstruksjon.

I senere år har det vært rettet noe oppmerksomhet mot mange forskjellige typer flytende konstruksjoner. Et system som har tiltrukket seg oppmerksomhet er den såkalte vertikalt for-tøyede plattform. En vertikalt fortøyet plattform kan defineres som en marin flytende konstruksjon for boring av brønner og/ eller produksjon av hydrokarboner, som er forankret ved hjelp av stort sett parallelle, vertikale og langstrakte elementer så som stigerør. I den foretrukne form av en vertikalt fortøyet plattform er stigerørene uten glideskjøter og utgjør de eneste forankringsmidler for den vertikalt fortøyede plattform. En slik plattform er beskrevet i mange patenter, deriblandt US patent nr. 3 648 638.

Foreliggende oppfinnelse er en forbedring av slike vertikalt forankrede plattformer som er kjent fra teknikkens stand.

Slike patenter på vertikalt fortøyede plattformer hverken beskriver eller krever horisontal-lageret ifølge foreliggende søknad, hvilket lager er meget nyttig for overføring av horisontale krefter mellom stigerøret og søylen eller benet av den vertikalt fortøyede plattform som stigerøret strekker seg vertikalt gjennom, Naturligvis er det tidligere kjent mange forskjellige lågere som også er kommersielt tilgjengelig. Imidlertid synes ingen av dem å være lik det lager som her er krevet for bruk for et stigerør som forankrer en vertikalt fortøyet plattform.

I den foretrukne utførelse av den vertikalt fortøyede plattform skjer den eneste fortøyning eller forankring ved hjelp av stigerør som strekker seg fra forankringsmidler på sjøbunnen til opp i den flytende konstruksjon. Den flytende konstruksjon i en vertikalt fortøyet plattform omfatter vanligvis fire oppdriftsben. Metallskall som utgjør oppdriftsbena betegnes vanligvis som søyler eller søyleben. Stigerørene strekker seg opp i søylebenet hvor de er festet i vertikal retning som vist eksempelvis i US patent nr. 3 976 021 ved hjelp av hva man kan kalle et vertikal-lager. Dette befinner seg vanligvis ved den øverste ende av hvert stigerør. Under vertikal-lagrene for stigerørene blir det ifølge foreliggende oppfinnelse til-veiebragt horisontal-lagere mellom stigerørene og søylebenet for å oppta horisontalkrefter fra stigerøret som bøyes i søyle-benet. Disse lågere er sfæriske og selvinnrettende og tillater stigerøret å rotere uten å utsette hverken stigerøret eller søylebenet for sekundære krefter og momenter. Lagrene er også konstruert for å tillate vertikal bevegelse mellom stigerøret og søylebenet. Oppfinnelsen er definert i kravet.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til det utførelseseksempel som er vist på tegningene.

Fig. 1 viser en vertikalt fortøyet plattform.

Fig. 2 viser den øvre ende av et av stigerørene på fig. 1 og

stillingen av et nedre og et øvre horisontalt stigerørslager.

Fig. 3 viser et partielt snitt av et søyleben av den vertikalt fortøyde plattform på fig. 1 med stigerørene og plasseringen av horisontal-lagrene. Fig. 4 viser horisontal-lageret og dets relasjon til stigerøret og søylebenet.

Fig. 5 er et forstørret snitt av horisontal-lageret.

Fig. 6 er et horisontalt snitt gjennom halvparten av et horisontal-lager i et søyleben. Fig. 7 viser fasongen av den øvre ende av et stigerør uten et øvre horisontal-lager. Fig. 8 viser fasongen av den øvre ende av et stigerør med både et øvre og et nedre horisontal-lager.

Fig. 1 viser en vertikalt fortøyet plattform med et anker så

som en gravitetssokkel og stigerør installert og klar for boring. Det er videre vist oppdriftsmidler 10 som understøtter et dekk eller en plattform 12 over overflaten 14 av vannområdet 17. Oppdriftsmidlene 10 omfatter fire søyleben 16 som er flaskeformet og danner en skallignende konstruksjon." Oppdrif tsmidlene 10 er forbundet med gravitetssokkelen 20 ved hjelp av flere ben 19. Hvert ben 19 omfatter flere stigerør 18. Gravitetssokkelen 20

kan være enhver egnet forankringsinnretning. Eksempelvis kan stigerørene 18 være knyttet til eller forbundet med foringsrør nedsatt og fastsemmentert i sjøbunnen. Imidlertid er de spesielle forankringsmidler som benyttes ikke av betydning for forståelsen av foreliggende oppfinnelse.

Det henvises så til fig. 3, hvor det er vist et av søylebena 16

på fig.1'i forstørret målestokk med et parti av veggen skåret bort. Søylebenet 16 er forbundet med de andre søyleben ved hjelp av avstivninger 36. I søylebenet 16 er det vist en øvre membran eller et skott 28 og et nedre skott 34. Den øvre ende av stigerørene 18 strekker seg gjennom åpninger i de øvre

og nedre skott. Disse skott er relativt store, sirkulære

plater av stål som kan være så mye som 5 cm tykke og er struk-, turelle elementer for å holde horisontal-lagrene og stigerørene i riktig posisjon. Lagerskallene eller stiverne for stigerørene er understøttet av disse skott. Som det vil ses, har hvert stigerør 18 et øvre horisontal-stigerørslager 26 og et nedre horisontal-stigerørslager 32.

For å illustrere størrelsen av systemet vist på fig. 1 skal typiske dimensjoner angis i det følgende. Søylebenet 16 kan være 18,3 m i diameter, stigerørene 18 ca. 53 cm i diameter,

og avstanden mellom øvre horisontal-stigerørslager 2 6 og nedre horisontal-stigerørslager 32 kan være 18,3 m eller mer.

Det henvises så til fig. 2 som illustrerer den øvre ende av

et stigerør 18 som strekker seg gjennom det øvre skott 28 og det nedre skott 34. Lågere 26 og 32 befinner seg begge i søylebenet 16. Ved den øvre ende av stigerøret 18 er det montert et vertikal-stigerørslager 22. Detaljer ved et typisk vertikal-stigerørslager 22 er vist i US patent nr. 3 976 021. Det parti av stigerøret 18 som befinner seg under vertikal-stigerørslageret 22 kan ha tykkere veggtverrsnitt enn den del av stigerøret 18 som strekker seg opp over vertikal-stigerørs-lageret 22.

Inne i søylebenet 16 befinner det seg flere stigerørshylser 30 som stigerørene 18 strekker seg gjennom. Denne stigerørshylse 30 kan strekke seg fra den nedre ende av stigerørsbenet 16 gjennom skottene 28 og 34 til vertikal-stigerørslageret 22.

På fig. 4 er vist forholdet mellom stigerøret 18, søylebenet 16, horisontal-lagrene og skottet 28. Her er vist et stigerør 18 som er montert i stigerørshylsen 30. Stigerørshylsen 30 er festet til skottet 28. Dette er for det øvre horisontal-lager; imidlertid vil det nedre horisontal-lager være forbundet på lignende måte. Med andre ord, stigerørshylsen 30 er en inn-gående del og er festet til flasken eller hovedsøylebenet 16. Stigerørshylsen 30 er forsynt med et forsterket parti 42 som kan være et parti av hylsen 30 med større veggtykkelse og strekker seg ovenifra til nedenfor skottet 28 og kan være omtrent 10 m i vertikal lengde og ha omtrent 2,5 cm tykkelse. En øvre avstivningsring 4 3 og en nedre avstivningsring 45 er forbundet ved hjelp av ribber 38 til det forsterkede parti 42. Det forsterkede parti 42 er innvendig forsynt med et hardt og maskinert område 44 som i virkeligheten utgjør en lagerflate for lageret under vertikal bevegelse mellom stigerøret 18 og søylebenet.

Horisontal-lageret er således mellom det indre av det forsterkede parti 42 av stigerørshylsen i søylebenet 16 og det ytre av stigerøret 18. Dette er vist på fig. 4, men er vist i større målestokk og detalj på fig. 5. På fig. 5 er vist det indre harde overflateområde 44 av stigerørshylsen 42. Et flytende lager 48 (hunndel) er anordnet mellom den herdede flate 44 og stigerøret 18. Et slikt lager 48 og midler for å holde det i stilling skal beskrives i det følgende. På stigerøret 18 er det montert en krave eller en indre ring 4 6 som kan være krympet på plass på stigerøret 18 etter oppvarming. Et sfærisk lager 49 er montert på kraven 4 6 ved hjelp av bolter 66. Lageret 4 9 kan være laget i to deler og plassert rundt kraven 46 i et spor i kraven 46 på i og for seg kjent måte. Ytterflaten 50 av det sfæriske lager 49 er laget av herdet, slitesterkt materiale. Ytterflaten 50 er definert som det parti av en kule som har

et vertikalt senter ved punkt 71 som vist på fig. 6, hvilket punkt ligger på senterlinjen for stigerøret 18 og den horisontale senterlinje 73 på fig. 5. Det flytende lager 48 er anordnet mellom det sfæriske lager 49 og den harde flate 44 i stigerørs-hylsen. Den indre flate av det flytende lager 48 er konkav og passer sammen med ytterflaten av det sfæriske lager 49. Den ytre flate på det flytende lager 48 er sylindrisk og komplementerér innerflaten 44 i stigerørshylsen. Det flytende lager 48 er laget i to deler og settes sammen rundt det sfæriske lager 49 ved hjelp av bolter 64 montert i hull 62 som vist på fig. 6.

Kun én slik forbindelse er vist; imidlertid befinner en annen slik forbindelse seg 180° fra bolten 64 og hullet 62.

For å redusere friksjon er både den indre og ytre flate av

det flytende lager 48 fortrinnsvis dekket med teflon, som er et registrert varemerke tilhørende E.I. du Pont de Nemours Co., og betegner en syntetisk harpikspolymer. Teflonputen 52 kan holdes i stilling på lageret 48 f.eks. ved hjelp av klemmer 54.

Den indre flate av det flytende lager 48 har også sitt sentrum

i senteret 71. En typisk radius for ytterflaten på det sfæriske lager 49 er omtrent 50,33 cm, og en typisk sammenpassende radius for innerflaten av det flytende lager 48 er omtrent 50,533 cm. En typisk radius for ytterflaten av det flytende lager 48 er omtrent 54,293 cm, og en typisk radius for den herdede flate 44 er omtrent 54,61 cm. Typisk lengde av det vertikale parti mellom punktene 81 og 82 på det flytende lager 48 er omtrent 2,13 m.

Der er to typer bevegelse mellom stigerøret 18 og søylebenet og spesielt det avstivede parti 42. Dette kan være vertikal bevegelse (dvs. langsetter i forhold til aksen av disse deler), eller det kan være en dreiende bevegelse. Dette lagerarrangement opptar begge typer. Den vertikale bevegelse kan være mellom lagerhuset og ytterveggen av det flytende lager 48. Dette gjør det mulig for den ene å gli i forhold til den andre. Roterende bevegelse mellom stigerøret og søylen tillates eller opptas mellom innerflaten av det flytende lager 48 og ytterflaten av det sfæriske lager 49. I og med at disse lågere er av den sfæriske, selvinnrettende type, vil de tillate stigerørsrotasjon uten at hverken stigerøret eller søylekonstruksjonen utsettes for sekundære krefter og momenter.

Viktigheten av å benytte både øvre og nedre horisontale lagre

er illustrert på fig. 7 og 8. Den laterale utbøyning av stige-røret 18 uten det øvre horisontal-lager 26 ville være som angitt på fig. 7, idet man her antar at stigerørshylsen 30 ikke var på plass. Fig. 8 angir en endret og begrenset utbøyning av stigerøret 18 mellom nedre horisontal-lager 32 og vertikal-lageret 22. Matematikken for bestemmelse av sideveisdefleksjon av et vertikalt opphengt rør er velkjent. En bjelke-søyle som utsettes for bøyemoment og aksiale krefter kan f.eks. beskrives ved hjelp av følgende differensialligning:

hvor E(x) = elastisitetsmodulen,

I(x) = treghetsmomentet,

P(x) = aksialbelastning,

y(x) = lateral utbøyning, og

x = posisjonen langs bjelkesøylens lengde.

Ved å benytte kjente grensebetingelser for systemet kan differen-sialligningen løses slik at alle nødvendige betingelser til-fredsstilles. Slike betingelser kan omfatte spenningsnivå, laterale utbøyningsgrenser eller strukturell tverrsnittsstørrelse og/eller utformning.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i detalj i forbindelse med det angitte utførelseseksempel, kan forskjellige modifikasjoner utføres uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (2)

1. Horisontal-trustlager for bruk i en vertikalt for-tøyet plattform som har flere oppdriftsgivende søyleben (16) for understøttelse av en plattform (12) over overflaten (14) av et vannområde, hvor den vertikalt fortøyede plattform er forankret til bunnen av vannområdet ved hjelp av stige-rør (18) som strekker seg gjennom de nevnte søyleben, karakterisert ved at det omfatter et sfærisk lager (49) av ringlignende fasong som omgir nevnte stigerør (18), idet ytterflaten (50) av lageret danner en sfærisk del som har sentrum på stigerørets senterlinje, og et flytende lager (48) for montering mellom nevnte sfæriske lager (49) og en sylindrisk lagerflate (44) , idet innerflaten av det flytende lager komplementerer ytterflaten av det sfæriske lager og ytterflaten av det flytende lager komplementerer den sylindriske lagerflate.

2. Horisontal-trustlager ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter den sylindriske lagerflate (44) som understøttes av søylebenet (16) og hvis akse er anordnet i vertikal retning.