NO158228B - Stigeroer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et stigerør som nærmere angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

De stigerør som idag benyttes for å forbinde en neddykket petroleumskonstruksjon (brønnhode, undervanns-samleledning, etc.) med en på sjøoverflaten beliggende plattform, består av et sentralt rør forsynt med et antall satellittrør. En første gruppe av disse rør omfatter produksjonsrørene gjennom hvilke hydrokarbonene strømmer opp til produksjonsplattformen. Stigerørets sentrale rør muliggjør tilbakeføring av hydrokarbonene fra plattformen til én eller flere olje- eller gassrør-ledninger. En annen gruppe av stigerørets satellittrør utgjøres av rør for injisering av vann og/eller rør for injisering av gass under trykk fra plattformen for å opprettholde trykket i formasjonen. En tredje gruppe av stigerørets satellittrør utgjøres av betjeningsrørene gjennom hvilke et trykk kan innføres for heving av verktøy eller instrumenter som pumpes i motstrøm til produksjonen gjennom rørene i den første gruppe, i henhold til en metode som benevnes T.F.L. (Through Flow Line).

Forbindelsen mellom et slikt stigerør og sjøbunnen vil få store problemer.

Britisk patent 1 285 530 beskriver et stigerør som har satellittrør skrueviklet rundt et sentralt rør og festet til dette. Et slikt stigerør tillater ikke vesentlige forandringer i stillingen til den flytende konstruksjon. Den er således uegnet for bruk på dyp ned til 300 m og mer.

For slik anvendelse har det vært foreslått stigerør utstyrt med bøyeledd som tillater en vesentlig forskyvning av overflatekonstruksjonen. Det er imidlertid nødvendig å sørge for midler som kan hindre at satellittrørene, når stigerøret skråstilles, ikke utsettes for spenninger som kan føre til brudd.

For løsning av dette problem er der ifølge US patent

nr. 3 701 551 foreslått å deformere hvert satellittrør i høyde med stigerørets leddforbindelse ved å danne en sløyfe som strekker seg i det vesentlige i et vertikalt plan. Denne løsning er ikke anvendbar for de aktuelle stigerør som kan inneholde tyve satellittrør eller mer, idet omfanget til en således dannet sløyfe ville bli uakseptabelt stor. Dessuten ville spenningen i disse sløyfer fremdeles være uakseptabelt

stor for de sløyfer som ikke befinner seg i stigerørets helningsplan.

En annen løsning som er foreslått i fransk patent

nr. 2 377 570, går ut på å anvende en universal- eller kardan-kopling på stigerøret, og deformere hvert satellittrør langs to spiraler koaksialt med de to leddakser. Heller ikke denne løsning er anvendbar for et stigerør med et stort antall satellittrør. Dessuten er det vanskelig å sikre en ubrutt forbindelse når to deler av det sentrale rør sammenkoples ved hjelp av en universalkopling.

Det er kjent å skruevikle satellittrørene rundt det sentrale rør for å tillate betydelig bevegelse av satellitt-rørenes frie nedre ende og lette deres tilkopling til motsvarende rør som er festet til brønnhodet (fransk patent 2 399 609 og US patent 3 189 098) eller for å tillate relativ glidebevegelse mellom to påfølgende deler av det midtre rør med sikte på å kompensere for den flytende konstruksjons vertikale bevegelser (US patent 3 718 183). I alle tilfeller er satellittrørenes skrueformete partier forlenget med bøyde rørpartier som er forbundet med satellittrørene og er festet til det sentrale rør. Det synes således mulig å tillempe en slik teknikk på et stigerør hvis sentrale rør er forsynt med et bøyeledd. Denne løsning er beskrevet i norsk patent 146 544 og US patenter 3 913 668 og 4 046 407, ifølge hvilke satellittrørene er stive rør. Erfaringen viser imidlertid at satellittrørenes bøyde partier da vil oppta de høyeste spenninger og at disse spenninger blir uakseptable ved sterk skråstilling av stigerøret. Det ble også fastslått at ved skråstilling av stigerøret blir satellitt-rørenes skrueformete partier deformert inntil de kommer til anlegg mot hverandre.

Fra US patenter 3 426 843 og 4 031 919 er det videre kjent

å erstatte de stive satellitt-rørledninger med fleksible rørledninger som er anordnet stort sett skrueformet rundt en fleksibel enhet ved bunnen av stigerøret og som er direkte forbundet med de stive satellittrør anordnet parallelt med det sentrale rørs akse. Prøver har vist at der ble utviklet høye mekaniske spenninger i nivå med disse forbindelser og at ved høye skråvinkler for stigerøret førte de tilsvarende deforma-

sjoner i profilene til de fleksible rørledninger til sammenfilt-ring av de fleksible rørledninger. De fleste av de fleksible stigerør som idag kan benyttes for midlere dyp (150 til 300 m)

er ikke i stand til, uten sepsielle forholdsregler, å motstå de ekstreme belastninger de kan komme til å bli utsatt for i løpet av den tid de er i virksomhet, ca. 20 år. Slike spesielle forholdsregler kan særlig bestå i å frakople eller også heve enheten.

Videre vil den vinkelrotasjon som opptrer ved foten av stigerøret på grunn av disse ekstreme belastninger i de aktuelle stigerør overskride kapasiteten til bøyeleddene og/eller satellittrørene.

Således har forskjellige forskningsarbeider som nylig er utført, vist at vinkelbevegelsen som oppstår ved et produksjons-stigerørs svingbart opplagrete fot under ekstreme forhold kan overstige 10°, hvilket utgjør en grenseverdi for vinkelbevegelsen til de kuleledd og bøyeledd som idag er tilgjengelige. Andre forskningsarbeider har vist at hydrokarbonlagene som i nær fremtid ventes utnyttet ved hjelp av en flytende anordning, vil kreve bruk av et stigerør utstyrt med ca. tyve satellittrør som virker som produksjons-, injeksjons- og betjeningsrør.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

et stigerør som kan omfatte et stort antall satelittrør (ca. tyve eller mer) og kan motstå ekstreme betingelser (i 100 år) som særlig kan tenkes å forårsake en skråvinkel for stigerøret på opp til 20° i forhold til en vertikal linje.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en stigerørfot som er enkel å bringe på plass og å vedlikeholde, uten hjelp av dykkere.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen med et stigerør av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som angitt i karakteristikken til det etterfølgende, selvstendige krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de etterfølgende, uselvstendige krav.

En ikke-begrensende utføringsform av oppfinnelsen er vist på tegningen hvor:

Figur 1 viser i oppriss en leddet fot for stigerøret

ifølge oppfinnelsen,

figur IA er et riss, delvis i snitt, sett ovenfra langs linjen A på fig. 1, som i større målestokk viser anordning av forbindelsesrør rundt det øvre ledd, uten å vise forankringsmidlene for disse rør ved dette nivå,

figur IB er et riss sett fra venstre i nivå med pilen B på fig. 1, som i større målestokk viser forankringsmidlene for forbindelsesrørene over det øvre fleksible ledd,

figur 1C er et riss, delvis i snitt langs linjen C på fig. 1, som i større målestokk viser forbindelsesrørenes mellomliggende festepunkter til stigerøret mellom de to fleksible ledd,

Figur 2 viser motsvarende frontriss ved dette nivå,

figur 3, 4 og 5 viser skjematisk tverrsnitt i henholdsvis nivå A, C og D på fig. 1, av skrueviklingen til de forskjellige forbindelsesrør vist i fig. 1, på to koaksiale, sylindriske overflater.

I den viste utføringsform er der for klarhetens skyld vist et stigerør som bare omfatter et lite antall satellittrør, men det skal forstås at oppfinnelsen også kan anvendes med et større antall satellittrør, f.eks. tyve eller flere.

På tegningen betegner tallet 1 en undervannskonstruksjon utstyrt med en hydraulisk kopling 2.

Henvisningstallet 4 betegner den aktuelle del av et produksjons-stigerør, omfattende et sentralt rør 5 forsynt med et antall satellittrør 6a, 6b...etc..., som skal være forbundet med motsvarende rør 7a, 7b...etc... på undervannskonstruksjonen 1. Disse satellittrør er på kjent måte festet til det sentrale rør 5.

En fleksibel koplingsenhet som er beliggende ved den nedre del av stigerøret 4 er anordnet mellom en flens 4a ved stige-rørets nedre ende, og en flens 3a beliggende ved nedre ende av et element 3 som forbinder det sentrale rør 5 med den hydrauliske kopling 2. Elementet 3 er ved sin ende motsatt flensen 3a forsynt med en flens 3b.

Denne koplingsenhet omfatter et bøyeledd i form av to fleksible ledd 8 og 9 som er anordnet i serie og adskilt av et mellomliggende element 10 med hvilket de er forbundet ved hjelp av flenser. Enhetens endepartier omfatter flenser 8a og 9a som er forbundet med henholdsvis flensene 3b og 4a.

De fleksible ledd 8 og 9 kan være av kjent type, f.eks. ifølge US patent 4 068 868.

Koplingsenheten omfatter videre et antall fleksible rør

lia - llg som er innrettet til å forbinde satellittrørene 6a...6e med de motsvarende rør 7a...7c på brønnhodet.

Disse rør kan f.eks. utgjøres av fleksible, armerte rør av den type som er beskrevet i OTC-rapport 2196 (Offshore Technology Conference 1977) se særlig fig. 1 i denne rapport.

Disse rør er anordnet langs skruelinjer rundt den fleksible koplingsenhet. Forbindelsesrørenes lia og llg krumningsradius er fortrinnsvis tilstrekkelig til å muliggjøre sirkulering av innpumpete verktøy eller instrumenter, mellom enkelte av disse rørledninger, i henhold til den for fagfolk kjente TFL-metode (Through Flow Line).

I den viste utføringsform er forbindelsesrørene lia - llg anordnet langs skruelinjer som er innskrevet i to sylinderflater med forskjellige radier (r og R) med motsatt stigning på de to flater, hvilke skruelinjer fortrinnsvis er koaksiale som vist i fig. 3-5.

Antallet forbindelsesrør lia, 11b...etc... er lik antallet av stigerørets satellittrør 6a, 6b...etc... som forbindelses-rørene er forbundet med ved hjelp av koplingsinnretninger 12a, 12b... etc.

Forbindelsen fremgår ikke av øvre del av fig. 1 hvor det sentrale rør 5 og satellittrørene 6a, 6b...etc. har en stiplet linje. Denne forbindelse utgjøres av bøyde rørpartier ved nedre del av satellittrørene, hvilke rørpartier er forbundet med koplingsinnretningene 12a, 12b...etc.

Koplingsinnretningene 12a, 12b...etc... er forankret over det øvre fleksible ledd 9 ved hjelp av øvre festeorganer som for klarhetens skyld ikke er vist på fig. 1 og IA. Disse midler er beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. IB.

Forbindelsesrørene lia og llg er ved sin nedre ende

utstyrt med liknende koplingsinnretninger 13a, 13b...etc... som er forankret på forbindelseselementet 3, under det nedre fleksible ledd 8, ved hjelp av nedre festeorganer som ikke er vist i fig. 1.

Mellomliggende festeorganer for forbindelsesrørene lia - llg er anordnet på elementet 10.

Disse festeorganer, som ikke fremgår av fig. 1, kan

omfatte (fig. 1C og 2) festearmer som 14, 15 og 16 hvis ender er forsynt med rørlementer eller festekrager 17 - 20 som er anordnet slik at deres akser er tangenter til forbindelsesrørenes skrueprofil.

Videre er de øvre og nedre festeorganer som er beliggende ved endene av forbindelsesrørenes skruelinje-formete parti orientert i forlengelsen av denne skruelinje.

Forsøk har vist at under disse forhold blir de spenninger som opptas av forbindelsesrørene over hele deres skruelinjeparti minimale og tillater en stor skråvinkel for stigerøret, uten i nevneverdig grad å endre avstanden mellom to naborør.

Som vist på fig. IB kan koplingsinnretningene 12a, 12b...etc... være forbundet med et element 4b som i sin tur er forbundet med flensen 4a ved hjelp av en samling festearmer og -vinkler såsom 23, 24, 25 og 26, som er sveiset til hverandre samt til elementet 4b orientert i riktig stilling, hvilke festearmer og -vinkler bærer festekrager 27, 28 og 29.

Et tilsvarende festesystem kan anvendes for de nedre koplingsinnretninger 13a, 13b...etc... for å forbinde rørene lia - llg til rørene 7a, 7b...etc... som undervannskonstruksjonen 1 er utstyrt med, ved hjelp av stive, bøyde rørforlengelser 21a, 21b...etc... som i sine nedre ender er forsynt med muffer 22a, 22b...etc... for forbindelse med rørene 7a, 7b...etc.... Disse muffer som er festet til en ring 30 som er forbundet med den hydrauliske kopling 2 kan være av konvensjonell type hvor koplingen opprettes ved hjelp av en enkel føring ("stikk-kontakt") som gjør det lett å plassere og vedlikeholde stige-røret. Disse rørforlengelser kan selvsagt erstattes, uten å avvike fra oppfinnelsens ramme, av fleksible rørledningspartier eller forlengelser av forbindelsesrørene såfremt de holdes på plass ved hjelp av festeorganer i forlengelsen av forbin-delsesrørenes skrueviklinger.

Som en følge av det som ovenfor er beskrevet vil de rørpartier som befinner seg mellom de nedre festeorganer og koplingsmuffene praktisk talt ikke utsettes for spenninger når stigerøret skråstilles.

Ved å styre stigerørets nedsenking kan muffene 22a, 22b...etc... bringes i inngrep med motsvarende muffer 31a, 31b...etc... på rørene 7a, 7b... til den neddykkete konstruksjon 1, uten behov for dykkere.

Den på fig. 1 viste utføringsform er fordelaktig ved at

den tillater en vesentlig skråstilling av stigerørets fot (inntil 20° når hvert fleksibelt ledd 8 og 9 tillater en maksimal skråstilling på 10°) . Det er mulig å plassere flere enn to fleksible ledd med mellomliggende festeorganer, over hverandre påfølgende fleksible ledd, for skruelinjene som dannes av forbindelsesrørene lia - llg, såsom de som er vist i fig. 1C og 2, såfremt festeorganene fastholder forbindelsesrørene langs deres skruelinje-formete profil.

Det er også mulig å innskrive forbindelsesrørene på flere enn to skruelinjer med forskjellige radier slik at antallet av disse forbindelsesrør kan økes.

Claims (6)

1. Stigerør innrettet til å forbinde en neddykket konstruksjon (1) med en produksjonsplattform omfattende en sentral rørledning (5) med et antall satellittrør (6a - 6e), et antall motsvarende satelittrør (7a - 7e) anordnet på den neddykkete konstruksjon, et bøyeledd (8, 9) for tilkopling av stigerøret til den neddykkete konstruksjon, rør (lia - llg) for å forbinde motsvarende satelittrør (eks. 6a og 7a) med hverandre, hvilke forbindelsesrør er anordnet rundt bøyeleddet (8, 9) i det vesentlige langs en skruevikling, samt nedre og øvre festeorganer (23 - 29) for å feste forbindelsesrørene (lia - llg) til stigerøret henholdsvis under og over bøyeleddet (8, 9), karakterisert ved at festeorganene holder endepartiene til hvert forbindelsesrør (lia - llg) orientert i forlengelse av skrueviklingen, og at bøyeleddet omfatter minst to seriekoplete, fleksible ledd (8, 9) og en mellomdel (10), idet mellomliggende festeorganer (14, 15, 16) for forbindelses-rørene er anordnet på mellomdelen (10).

2. Stigerør ifølge krav 1, karakterisert ved at festeorganet for hvert forbindelsesrør omfatter et rørformet element (17 - 20) hvis akse er orientert i forlengelse av skrueviklingen.

3. Stigerør ifølge krav 2, karakterisert ved at de øvre festeorganer fastholder forbindelsen mellom hvert forbindelsesrør (lia - llg) og et satellittrør, idet et parti av satellittrøret er slik bøyd at dets endeparti er beliggende i forlengelse av skrueviklingen.

4. Stigerør ifølge krav 3, karakterisert ved at de nedre festeorganer omfatter bøyde rør (21a -21c) som i sin øvre ende er forbundet med forbindelsesrørene (lia - llg) og i sin nedre ende forbundet med satelittrørene (7a -7c) på den neddykkete konstruksjon, ved hjelp av koplingsmuffer (22a - 22c) som er forankret til nedre del av koplingsenheten.

5. Stigerør ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsesrørene (lia - llg) har tilstrekkelig stor krumningsradius til at verktøy kan pumpes gjennom disse.

6. Stigerør ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsesrørene er anordnet langs skruelinjer innskrevet i sylinderflater med forskjellige radier (r og R).