NO153700B

NO153700B - MARINT RISING SYSTEM.

Info

Publication number: NO153700B
Application number: NO834766A
Authority: NO
Inventors: Knut Boerseth
Original assignee: Tentech Int As
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1986-01-27
Also published as: NO834766L; NO153700C

Description

Oppfinnelsen vedrører et marint stigerørsystem. Ved produksjon av olje i et offshore-område, er det kjent å føre oljen opp fra brønnen og til en flytende konstruksjon gjennom et stige-rør. De vertikale relativbevegelser mellom den flytende konstruksjon og havbunnen kompenserer man for ved hjelp av kompensatorer av ulike slag. Slike kompensatorer kan eksempelvis være teleskopanordninger eller bøyelige ledninger. Utfører den flytende konstruksjon også relativbevegelser i horisontalplanet, kan man kompensere for disse bevegelsene også, ved hjelp av svivler, oppspolbare ledninger osv. The invention relates to a marine riser system. When producing oil in an offshore area, it is known to lead the oil up from the well and to a floating structure through a riser pipe. The vertical relative movements between the floating structure and the seabed are compensated for by means of compensators of various kinds. Such compensators can, for example, be telescopic devices or flexible cables. If the floating structure also performs relative movements in the horizontal plane, these movements can also be compensated for, using swivels, coilable cables, etc.

De idag kjente kompensatoranordninger ved stigerør er stort The compensator devices known today for risers are large

sett tilfredsstillende når det dreier seg om produksjon av olje. Ved produksjon av gass kan de kjente anordninger også benyttes, men en avgjørende ulempe ved de idag kjente komps ensatoranordninger er at det ikke finnes tilfredsstillende bøyelige ledningsutførelser med de for gasstransport ønskede store diametre. Bruk av bøyelige ledninger i overgangsområd-ene er en relativt billig og god løsning på de problemer man står overfor, og det foreligger derfor et behov for en kompen-satorløsning som gir mulighet for optimal transport også av gass fra brønnhull og opp til en flytende konstruksjon, og eventuelt ned igjen gjennom en såkalt eksportledning. seen satisfactorily when it comes to the production of oil. In the production of gas, the known devices can also be used, but a decisive disadvantage of the compensator devices known today is that there are no satisfactory flexible line designs with the large diameters desired for gas transport. The use of flexible cables in the transition areas is a relatively cheap and good solution to the problems faced, and there is therefore a need for a compensator solution that allows for optimal transport also of gas from the wellbore up to a floating structure , and possibly down again through a so-called export line.

Oppfinnelsen vedrører et marint stigerørsystem for offshoreproduksjon av hydrokarboner, omfattende minst ett stigerør som strekker seg mellom en på havbunnen plassert basis og en flytende konstruksjon, og en kompensator i stigerøret for opptak av relativbevegelser hovedsakelig i vertikalretningen mellom den flytende konstruksjon og basisen, kjennetegnet ved at kompensatoren er tilveiebragt ved at stigerøret eller hvert stigerør over en viss lengde fra basisen og oppover i vannet er utformet som en skruevikling som muliggjør en fjærende vertikalbevegelse,og ved en innstillbar anordning som kan utøve en sammentrykningskraft på den av det eller de nevnte skrueviklede stigerør dannede fjær. The invention relates to a marine riser system for offshore production of hydrocarbons, comprising at least one riser that extends between a base placed on the seabed and a floating structure, and a compensator in the riser for recording relative movements mainly in the vertical direction between the floating structure and the base, characterized by the compensator is provided by the riser or each riser over a certain length from the base upwards into the water being designed as a screw winding which enables a springy vertical movement, and by an adjustable device which can exert a compressive force on the riser formed by the said screw-wound riser or pipes spring.

Fjærstrekningen vil også muliggjøre at stigerøret kan svaie eller pendle og derved ikke bare dreiebevegelser av den flytende marine konstruksjon i horisontalplanet, men også translatoriske bevegelser kan kompenseres for. The spring stretch will also make it possible for the riser to sway or oscillate and thereby not only rotational movements of the floating marine structure in the horizontal plane, but also translational movements can be compensated for.

Sammentrykkingsanordningen kan fordelaktig være en ballasteringsanordning som er anordnet i det av fjærviklingen omsluttede rom og er utformet som en på regulerbar måte ballasterbar beholder. Dette gir en jevn belastning av fjæren og en mer kompakt konstruksjon. The compression device can advantageously be a ballasting device which is arranged in the space enclosed by the spring winding and is designed as an adjustable ballastable container. This provides an even load on the spring and a more compact construction.

Sammentrykkingskraft i fjæren kan alternativt helt eller del-vist genereres ved kabeltrekk fra overflaten via blokkskive i underkant av fjæren. Compression force in the spring can alternatively be generated in whole or in part by pulling the cable from the surface via a block disc at the bottom of the spring.

Alternativ oppstramming av stigerøret kan være nødvendig for Alternative tightening of the riser may be necessary for

å redusere massekreftene på stigerøret. Under ekstrem miljø-belastning vil maksimal aksellerasjon på overflatefartøyet være 1,6 m/sek.<2>to reduce the mass forces on the riser. Under extreme environmental stress, the maximum acceleration of the surface vessel will be 1.6 m/sec.<2>

Ved ekstremt store fjærutslag i sammentrykkingsinnretningen vil det kunne være fordelaktig å ha en dempeanordning. Ved en fordelaktig utførelsesform skjer dempingen ved at det er anordnet en dempeanordning for den som beholder utførte ballasteringsanordning, idet dempeanordningen er i form av en oppad åpen fatning for opptak og samvirke med beholderens nedre del. In the event of extremely large spring deflections in the compression device, it may be advantageous to have a damping device. In an advantageous embodiment, the dampening takes place by arranging a dampening device for the ballasting device designed as a container, the dampening device being in the form of an upwardly open receptacle for receiving and cooperating with the lower part of the container.

Fordelaktig benyttes det flere stigerør, idet minst ett stige-rør er et produksjonsrør for transport av et fluidum opp til den flytende marine konstruksjon, og minst ett annet stigerør er et eksportrør som fører et fluidum nedover fra den flytende konstruksjon. Several risers are advantageously used, with at least one riser being a production pipe for transporting a fluid up to the floating marine structure, and at least one other riser being an export pipe that carries a fluid down from the floating structure.

Den sentrale idé ved oppfinnelsen er at den skrueviklede stigerørstrekning muliggjør bruk av i og for seg stive rør med stor. diameter, godt egnet for gasstransport. Den tilveie-bragte fjær belastes eksempelvis ved hjelp av den regulerbare ballasteringsanordning, slik at kablene mellom den flytende marine konstruksjon og toppen av fjærstrekningen holdes stramme til enhver tid, idet den flytende konstruksjons bevegelse opp og ned i forhold til havbunnen tas opp av fjærene. Som nevnt vil fjærviklingen også gi mulighet for kompensasjon i horisontalplanet, både med hensyn til dreiebevegelse og translatoriske bevegelser av den flytende konstruksjon. Man vil uten videre kunne oppnå en dreiekompensasjon over hele horisontalsirkelen. Ved behov kan man koble løs stigerøret eller stigerørene samt The central idea of the invention is that the screw-wound riser section enables the use of inherently rigid pipes with a large diameter, well suited for gas transport. The provided spring is loaded, for example, by means of the adjustable ballasting device, so that the cables between the floating marine structure and the top of the spring stretch are kept taut at all times, as the floating structure's movement up and down in relation to the seabed is taken up by the springs. As mentioned, the spring winding will also provide an opportunity for compensation in the horizontal plane, both with regard to rotational movement and translational movements of the floating structure. One will easily be able to achieve rotation compensation over the entire horizontal circle. If necessary, the riser or risers can be disconnected as well

de nevnte kabler og flytte den flytende marine konstruksjon. Løskoblingen av stigerør og kabler kan skje på et hvilket som helst egnet sted, eksempelvis like ved toppen av fjærstrekningen. the aforementioned cables and move the floating marine construction. The loose connection of risers and cables can take place at any suitable place, for example close to the top of the spring stretch.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til teg-ningene, hvor: Fig.l rent skjematisk viser det bærende prinsipp for oppfinnelsen, og The invention shall be explained in more detail with reference to the drawings, where: Fig.1 shows schematically the basic principle of the invention, and

fig.2 viser et skjematisk oppriss av en basiskonstruksjon ifølge fig.2 shows a schematic view of a basic construction according to

oppfinnelsen. the invention.

I fig.l er en flytende konstruksjon betegnet med 1. Havflaten In fig.l, a floating structure is denoted by 1. The sea surface

er betegnet med 2 og vannmassen er betegnet med 3. Havbunnen er betegnet med 4. is denoted by 2 and the water mass is denoted by 3. The seabed is denoted by 4.

På havbunnen er det plassert et fundament 5. Fra dette fundament 5 går det et skrueviklet stigerøravsnitt 10 opp til en koblings-del 7. Fra koblingsdelen 7 går det et vanlig stigerør 6 opp til den flytende konstruksjon 1, eksempelvis et skip. Mellom skipet 1 og koblingsdelen 7 går det dessuten to stramme styrekabler 8 og 9. I koblingsdelen 7 henger det en regulerbar ballasteringsanordning 11, i form av en beholder med en fast ballast-fylling 12, idet resten av rommet i beholderen kan fylles mer eller mindre med vannballast etter behov. A foundation 5 is placed on the seabed. From this foundation 5, a screw-wound riser section 10 goes up to a connecting part 7. From the connecting part 7, a normal riser 6 goes up to the floating structure 1, for example a ship. Between the ship 1 and the coupling part 7 there are also two tight control cables 8 and 9. In the coupling part 7 hangs an adjustable ballasting device 11, in the form of a container with a fixed ballast filling 12, as the rest of the space in the container can be filled more or less with water ballast as required.

En rørledning 17 på havbunnen 4 går til fundamentet 5 og er der sammenkoblet med stigerøravsnittet 10. I koblingsdelen 7 er stigerøravsnittet 10 sammenkoblet med det rette stigerør 6 som går opp til skipet 1. Fundamentet 5 er pelet fast i havbunnen ved hjelp av peler 18. A pipeline 17 on the seabed 4 goes to the foundation 5 and is there connected to the riser section 10. In the connecting part 7, the riser section 10 is connected to the straight riser 6 that goes up to the ship 1. The foundation 5 is piled firmly in the seabed with the help of piles 18.

Skipet 1 kan eksempelvis ha en brønn 19 med et (i brønnen) dreibart anordnet tårn (ikke vist) hvorfra det går slakke anker-kabler 13,16, såkalt "turref-oppankring. SKipet 1 kan da dreie fritt rundt forankringstårnet, som på i og for seg kjent måte er dreibart opplagret i brønnen 19. The ship 1 can, for example, have a well 19 with a (in the well) rotatably arranged tower (not shown) from which slack anchor cables 13,16 run, so-called "turref anchoring. The ship 1 can then rotate freely around the anchoring tower, as in and is rotatably stored in the well 19 in a known manner.

Den av stigerøravsnittet 10 dannede fjær er forbelastet ved hjelp av den regulerbare ballasteringsanordning 11, i så sterk grad at skipets 1 forventede bevegelser opp og ned i samsvar med bølgekreftene og strømkreftene på stigerørene vil kunne opptas av fjæren, med bibehold av stramme styrekabler 8,9 med akseptable strekk- eller trykkpåvirkninger på stigerøret 6. The spring formed by the riser section 10 is preloaded by means of the adjustable ballasting device 11, to such an extent that the expected movements of the ship 1 up and down in accordance with the wave forces and the current forces on the risers will be able to be absorbed by the spring, while maintaining tight control cables 8,9 with acceptable tensile or compressive influences on the riser 6.

Man vil forstå at skrueviklingen av stigerøravsnittet 10 også gir mulighet for kompensering av bevegelser som den flytende konstruksjon utfører i horisontalplanet, slik det er antydet med pilene A,B,C og D i fig.l. It will be understood that the screw winding of the riser section 10 also allows for compensation of movements which the floating construction performs in the horizontal plane, as indicated by the arrows A, B, C and D in fig.l.

Fig.2 viser en basiskonstruksjon hvormed den grunnleggende in-ventive idé kan virkeliggjøres. I fig.2 er havbunnen betegnet med 20. En nedre basisdel består i hovedsaken av en basisplate 22, en derpå anordnet rørlednings-tilkoblingsenhet 23, og en på denne anordnet koblingsplate 24. Disse tre hovedkomponenter er sammenfestet på ikke nærmere vist måte, og er forankret til havbunnen ved hjelp av de antydede peler 25. Fig.2 shows a basic construction with which the basic inventive idea can be realised. In Fig.2, the seabed is denoted by 20. A lower base part mainly consists of a base plate 22, a pipeline connection unit 23 arranged thereon, and a connecting plate 24 arranged thereon. These three main components are joined together in a manner not shown in detail, and are anchored to the seabed using the indicated piles 25.

En øvre basisdel 26 består i hovedsaken av en øvre koblingsplate 27, koblingsanordninger 28,29 og 30 for tilkobling av stigerør 31,32 og 33, samt koblingsmidler 34,35 for tilkobling av respektive styrekabler 36 og 37. Stigerørene og styrekablene går opp til en ikke vist flytende konstruksjon, eksempelvis det i fig.l viste skip. An upper base part 26 mainly consists of an upper connection plate 27, connection devices 28, 29 and 30 for connecting risers 31, 32 and 33, as well as connection means 34, 35 for connecting respective control cables 36 and 37. The risers and control cables go up to a floating structure not shown, for example the ship shown in fig.l.

Den øvre basisdel 26 hviler på den nedre basisdel 21 ved hjelp av en fjær 38 som er viklet på et i seg selv stivt rør 39. Dette rør 39 utnyttes som et stigerøravsnitt, derved at det ved den nedre koblingsplate 24 kommuniserer med et løp 40 som går til en kobling 41. Denne kobling 41 gir forbindelse met et løp 42 som munner i en trakt 43 hvori en på havbunnen 20 lagt rør-ledning 44 er trukket inn og tilkoblet. I den øvre kobling-plate 27 er det skrueviklede stigerør 39 i kontakt med et løp 45 som kommuniserer med koblingsanordningen 28 hvortil stige-røret 31 (eksportledningen) er tilkoblet. The upper base part 26 rests on the lower base part 21 by means of a spring 38 which is wound on an inherently rigid tube 39. This tube 39 is used as a riser section, whereby at the lower connecting plate 24 it communicates with a barrel 40 which goes to a coupling 41. This coupling 41 provides a connection with a run 42 which opens into a funnel 43 in which a pipeline 44 laid on the seabed 20 is drawn in and connected. In the upper coupling plate 27, the screw-wound riser 39 is in contact with a barrel 45 which communicates with the coupling device 28 to which the riser 31 (export line) is connected.

På den øvre koblingsplate 27 er det på undersiden montert en regulerbar ballasteringsanordning 46. Denne er i realiteten utført som en beholder, med sandballast 47 i bunnen. Gjennom en ledning 57 fra den flytende konstruksjon (ikke vist) kan luft tilføres det indre av beholderen 46, idet vann blåses ut gjennom den antydede ventil 48. Når man ønsker vannfylling, kan vann slippes inn gjennom ventil 48, og luften kan da slippes ut gjennom ventilen 49 i den øvre del av beholderen, eventuelt ut gjennom ledningen 57. On the upper connecting plate 27, an adjustable ballasting device 46 is mounted on the underside. This is in reality designed as a container, with sand ballast 47 at the bottom. Through a line 57 from the floating construction (not shown), air can be supplied to the interior of the container 46, as water is blown out through the indicated valve 48. When water filling is desired, water can be let in through valve 48, and the air can then be let out through the valve 49 in the upper part of the container, possibly out through the line 57.

Ved hjelp av den regulerbare ballasteringsanordningen 46 forspennes fjæren 38. Fjæren forspennes eventuelt også med den viste kabel 54 som går fra koblingsdelen 7 og via en skive 55, opplagret på fundamentet 5, og opp til fartøyet hvor det er tilknyttet en ikke vist vinsj via en hivkompensator 56, fig.l. Styrekablene 36,37 holdes stramme, og fjæren 38 muliggjør en kompenseringsbevegelse som antydet med dobbeltpilen 50. I praksis kan det dreie seg om en kompenseringsstrekning opp til 30 meter. Stigerøret 31 er som nevnt koblet til koblingsanordningen 28 og kommuniserer gjennom løpet 45 med det skrueviklede stigerøravsnitt 38. De andre stigerørene 32 og 33 er på lignende, ikke nærmere vist måte satt i forbindelse med skrueviklede stigerøravsnitt 51,52, som på samme måte som det omtalte stigerøravsnitt 38 er tilknyttet ikke viste rørledning-er på havbunnen.I utførelseseksempelet i fig.l, er stigerørene 32,33 og tilhørende stigerøravsnitt 51,52 og de på havbunnen liggende, ikke viste rørledninger tenkt som produksjonsrørled-ninger, som eksempelvis fører gass fra nær- eller fjerntliggende brønner og opp til en flytende konstruksjon hvor gassen behand-les på i og for seg kjent måte og så sendes ned igjen gjennom stigerøret 31, som således virker som eksportrør. Gassen føres videre gjennom rørledningen 44, til ønsket sted. With the aid of the adjustable ballasting device 46, the spring 38 is prestressed. The spring is possibly also prestressed with the shown cable 54 which runs from the coupling part 7 and via a disk 55, stored on the foundation 5, and up to the vessel where it is connected to a winch not shown via a heave compensator 56, fig.l. The control cables 36, 37 are kept taut, and the spring 38 enables a compensating movement as indicated by the double arrow 50. In practice, this may involve a compensating stretch of up to 30 metres. As mentioned, the riser 31 is connected to the coupling device 28 and communicates through the barrel 45 with the screw-wound riser section 38. The other risers 32 and 33 are connected in a similar, not further shown manner to the screw-wound riser sections 51,52, which in the same way as the mentioned riser section 38 is connected to pipelines not shown on the seabed. In the design example in fig.1, the riser pipes 32,33 and associated riser sections 51,52 and the pipelines lying on the seabed, not shown, are thought of as production pipelines, which for example carry gas from nearby or distant wells and up to a floating construction where the gas is treated in a manner known per se and then sent down again through the riser 31, which thus acts as an export pipe. The gas is carried on through pipeline 44 to the desired location.

Ved oppkobling av produksjonssystemet vil basiskonstruksjonen være plassert på havbunnen 20, og rørledningene, såsom rørled-ningene 44, vil være tilkoblet den nedre basisdel. Koblingsan-ordningene 28,29,30 er forsynt med i og for seg kjente ventiler, som er lukket. Fra en flytende konstruksjon føres styrekabler 36,37 ned og kobles til koblingsmidlene 34,35. Det dreier seg her om kjent teknikk, og det finnes en rekke utførelser av kjent utstyr som kan benyttes her. Luftledningen 57 bringes også ned og settes i forbindelse med ballasteringsbeholderen 46. Ballasteringsbeholderen 46 ballasteres derved at vann til-lates å strømme inn. Derved forspennes fjæren 38 og styrekablene 36 og 37 strammes. Derved følger koblingsplaten 27 skipets bevegelser. Nå kan stigerørene 31,32,33 føres ned og kobles til de respektive koblingsanordninger 28,29,30 uten relativbeveg-else. De her anordnede ventiler åpnes og produksjonssystemet er klart til bruk. Fjæren 38 vil som nevnt ha en kompenserende strekning som antydet med dobbeltpilen 50, og basiskonstruksjonen virker således som en kompensator for de hivbevegelser som denflytende konstruksjon utfører på vannoverflaten. Dersom forholdene forlanger det, eksempelvis ved ekstremt dårlig vær, kan stigerørene og styrekablene løsgjøres. Ventilene i koblings-anordningene 28,29,30 lukkes, og den flytende konstruksjon kan så ri av været. Så snart forholdene tillater det kan oppkobling skje igjen, på samme måte som foran beskrevet. When connecting the production system, the base structure will be located on the seabed 20, and the pipelines, such as the pipelines 44, will be connected to the lower base part. The coupling arrangements 28,29,30 are provided with valves known per se, which are closed. From a floating construction, control cables 36,37 are led down and connected to the coupling means 34,35. This concerns known technology, and there are a number of versions of known equipment that can be used here. The air line 57 is also brought down and connected to the ballasting container 46. The ballasting container 46 is ballasted so that water is allowed to flow in. Thereby the spring 38 is pre-tensioned and the control cables 36 and 37 are tightened. Thereby, the coupling plate 27 follows the ship's movements. Now the risers 31, 32, 33 can be brought down and connected to the respective coupling devices 28, 29, 30 without relative movement. The valves arranged here are opened and the production system is ready for use. As mentioned, the spring 38 will have a compensatory stretch as indicated by the double arrow 50, and the base structure thus acts as a compensator for the heaving movements that the floating structure performs on the water surface. If the conditions require it, for example in extremely bad weather, the risers and control cables can be detached. The valves in the coupling devices 28,29,30 are closed, and the floating construction can then ride the weather. As soon as conditions permit, connection can be made again, in the same way as described above.

På den nedre koblingsplate 24 er det plassert en fatning 53 beregnet for opptak og samvirke med den nedre del av ballasteringsbeholderen 46 ved en ekstrem sammentrykking av fjæren 38. Den nedre delen av beholderen 46 er konisk, og det samme gjelder for fatningen 53. Når den koniske nedre del av beholderen 4 6 trenger inn i fatningen 53, vil vann progressivt trenges unna og gi en dempevirkning. On the lower connecting plate 24, a socket 53 is placed, intended for receiving and cooperating with the lower part of the ballasting container 46 by an extreme compression of the spring 38. The lower part of the container 46 is conical, and the same applies to the socket 53. When the conical lower part of the container 4 6 penetrates into the socket 53, water will be progressively pushed away and produce a dampening effect.

Oppstår det eksempelvis et brudd i en stigerørsvikling, slik If, for example, there is a break in a riser winding, like this

at gass strømmer ut, kan naturligvis også styrekabler og stige-rør kobles løs som foran nevnt. Ved egnet oppankring av den flytende konstruksjon, eksempelvis som vist i fig.l, med fire forankringskabler 13-16, kan skipet 1 bringes unna faresonen derved at man ved hjelp av anordningene 14,15 bryter forankrings-kablene på én side. De inntakte forankringskabler vil da sørge for å trekke skipet vekk fra sonen umiddelbart over basiskonstruksjonen, slik at skipet trekkes vekk fra det området hvor gassen vil strømme opp. that gas flows out, control cables and risers can of course also be disconnected as mentioned above. By suitable anchoring of the floating structure, for example as shown in fig.1, with four anchor cables 13-16, the ship 1 can be brought away from the danger zone by breaking the anchor cables on one side with the help of the devices 14, 15. The anchoring cables taken in will then ensure that the ship is pulled away from the zone immediately above the base structure, so that the ship is pulled away from the area where the gas will flow up.

I fig.2 er kabelen eller kablene 54 og tilhørende utstyr ikke vist. In Fig.2, the cable or cables 54 and associated equipment are not shown.

Claims

1. Marine riser system for offshore production of hydrocarbons, comprising at least one riser (6) extending between a base placed on the seabed (5) and a floating structure (1), and a compensator in the riser for recording relative movements mainly in the vertical direction between the floating construction and the base, characterized in that the compensator is provided by the riser or each riser over a certain length from the base upwards into the water being designed as a screw winding (10) which enables a springy vertical movement and by an adjustable device (11;46;54 ) which can exert a compression force on the spring formed by the said screw-wound riser(s).

2. Marine riser system according to claim 1, vessel aft in that the compression device includes an adjustable ballasting device (46).

3. Marine riser system according to claim 1 or 2, characterized in that the compression device includes a heave-compensated tightening device (56) acting from the floating structure (1).

4. Marine riser system according to claim 2 or 3, characterized in that the adjustable ballasting device is arranged in the space enclosed by the spring winding (1C; 38) and is designed as an adjustable ballastable container (46).

5. Marine riser system according to one of the preceding claims, characterized by a device (53) for damping the movement of the spring when the spring (38) approaches its lower, compressed state.

6. Marine riser system according to claims 4 and 5, characterized in that the damping device is in the form of an upwardly open receptacle (53) for receiving and cooperating with the lower part of the aforementioned container (46).

7. Marine riser system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one riser (32,33) is a production pipe for guiding a fluid up to the floating structure, and at least one other riser (31) is an export pipe that carries a fluid downwards.