NO158893B - System for bevegelseskompensering mellom en offshore baerekonstruksjon og en stigeroerkonstruksjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører system for bevegelseskompensering mellom en offshore bærekonstruksjon og en stigerørkonstruksjon som angitt i krav l's innledning.

I alminnelighet anvendes bevegelseskompensato-kere". I alminnelighet anvendes slike bevegelseskompensatorer mellom to legemer eller konstruksjoner som er bevegelige i forhold til hverandre, og utligner for den relative bevegelse mellom disse konstruksjonene, ved at strekket i forbind-elsesdelen eller forbindelsesdelene mellom konstruksjonene holdes under forutbestemte grenser. Vanligvis vil hver slik bevegelseskompensator omfatte et stempel og en sylinder. Sylinderen kan forbindes med den ene av de to konstruksjonene, mens stemplet blir forbundet med den andre konstruksjonen.

En støtpute av trykkluft eller et annet sammenpressbart fluidum blir anbragt ved en ende av sylinderen, for å motvirke stemplets relative bevegelse når strekket øker i forbindelseslinjen eller en annen forbindelsesdel mellom de to konstruksjonene. Når således stemplet beveger seg i forhold til sylinderen som følge av et slikt strekk, vil strekket i forbindelseslinjen bli holdt innenfor forutbestemte grenser,

slik at linjen kan forbli tilstrekkelig stram uten fare for brudd. I visse tilfeller er fordelene ved opprettholde et forholdsvis konstant strekk særdeles viktige ved kontroll av den effektive vekten og/eller matehastigheten for en borestreng.

Virkemåten til slike bevegelseskompensatorer er mer fullstendig forklart i flere eldre US patenter. US patent nr. 3.804.183 viser en grunnleggende type av slike bevegelseskompensatorer, og illustrerer hvordan kompensatoren brukes til å forbinde en borestreng med boreskipet som bærer denne. US patent nr. 3.908.963 viser bruk av slike bevegelseskompensatorer når et boreskip eller lignende skal knyttes til en undersjøisk brønn. US patent nr. 3.865,066 viser bruken av slike kompensatorer til å opprettholde riktig strekk i fortøyningslinjer mellom skip og offshore-plattformer eller lignende. US patentene nr. 3.030.893 og nr. 3.040.667 viser bruken av tilsvarende konstruksjoner i forbindelse med hydrau-liske pumper. US patentene nr. 3.314.657, nr. 4.072.122 og nr. 3.877.680 viser ytterligere detaljer og/eller varianter av selve bevegelseskompensatorene.

I noen av de tidligere utførelsene, slik som den

som er vist i forannevnte US patent nr. 3.804.183, brukes det et forholdsvis enkelt arrangement, bestående av kjede og kjedehjul, for å sammenknytte to innbyrdes bevegelige legemer eller konstruksjoner via bevegelseskompensatoren.

Dette arrangement har imidlertid den ulempe at •'fluidumet,

som står under høyt trykk og skal motstå strekkøkingen, befinner seg på stempelstangsiden i sylinderen, dvs. mellom stemplet og den ende av sylinderen hvor stempelstangen går ut. Dette krever igjen at man mellom stempelstangen og sylinderenden må anvende kostbare glidetetninger som holder for høye trykk.

Andre tidligere patenter, slik som US patent nr. 3.314.657, som likeldes er nevnt ovenfor, viser kompensatorer som er slik at gassputen under trykk befinner seg på flui-dumsiden i sylinderen, dvs. på motsatt side av stemplet i forhold til stempelstangen. I US patent nr. 3.908.963 er spesielt nevnt at bevegelseskompensatoren ifølge US patent nr. 3.314.657 er en type som kan brukes ved sammenknytning mellom et skip eller lignende, og en undervannsbrønn. Men selv om innretninger slik som den ifølge US patent nr. 3.314.657 ikke behøver å ha høytrykksfluidum på stempelstangsiden i sylinderen, har de likevel visse ulemper,

i det minste på visse bruksområder. På samme måte som de tidligere omtalte enkle innretninger, anvender innretningen ifølge US patent nr. 3.314.657 kjeder eller andre fleksible deler som går rundt skiver, kjedehjul eller lignende. Dette gjør at bevegelseskompensatoren blir forholdsvis kostbar,

ikke bare fordi det brukes bevegelige deler som skiver og kjedehjul, men også fordi man må forsyne kjedene med tilstrekkelig stor styrke uten at dette går ut over fleksibiliteten.

I tillegg må den konstruksjonstypen som er vist i US patent

nr. 3.314.657 bruke en enkel kjede eller et sett parallelle kjeder for tilknytning til hver av de to innbyrdes bevege-

lige legemer eller konstruksjoner. Denne type inretninger

vil være i stand til å tilpasse seg store bevegelser mellom de sammenknyttede konstruksjoner, men dette vil nødvendigvis gå ut over størrelsen av den kraft som kan tilføres eller mot-stås .

Ifølge oppfinnelsen foreslås det et system for bevegelseskompensering mellom en offshore bærekonstruksjon og en stigerørkonstruksjon som nevnt innledningsvis. Ifølge oppfinnelsen er systemet kjennetegnet ved at et sammentrykkbart fluidum mellom stempelet og den nevnte andre ende av sylinderen utnyttes for å motstå bevegelse av stempelet mot den nevnte andre ende av. sylinderen og for derved å motsette seg innbyrdes bevegelse av konstruksjonenes festeområder fra hverandre, derved at de neviite andre forbindelsesmidler innbefatter lenkmidler som har et i hovedsaken fast festepunkt på den utragende del av stempelstangen, idet lenkmidlene strekker seg fra nevnte festepunkt og parallelt med sylinderen i retning av dennes andre ende for tilkopling til den nevnte andre konstruksjon..

Ytterligere trekk ved systemet ifølge oppfinnelsen vil gå frem av de uselvstendige krav.

Det skal her spesielt nevnes at det fra NO-PS 146.611 er kjent en understøttelsesanordning hvor det er anordnet et sammentrykkbart fluidum mellom et stempel og en sylinderende. Dette sammentrykkbare fluidum har imidlertid ikke samme funksjon som ifølge foreliggende oppfinnelse. Det man tar sikte på med foreliggende oppfinnelse er å ha det fluidum som ved sin komprimering motstår økingen i strekket, i sylinderens lukkede ende, slik at man altså unngår å ha dette høy-trykksfluidum på stempelstangsiden, med eventuelt tilhørende behov for høytrykkstetning rundt stempelstangen. I NO-PS 14 6.611 ligger det nevnte sammentrykkbare fluidum mellom stempelet og en sylinderende som er orientert slik at når de to konstruksjonene beveger seg fra hverandre vil det skje en sammen-trykking av fluidet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system som særlig er anvendelig for bruk mellom konstruksjoner, såsom mellom en boreplattform og et stigerør eller føringsrør, selvom oppfinnelsen også kan brukes i andre tilfeller, hvor de innbyrdes bevegelser er små. Med uttrykket "stigerørskonstruk-sjon" vil man her sikte til konstruksjoner eller stigerør eller føringsrør, som strekker seg oppover fra et brønnhode til et punkt, vanligvis over vannoverflaten. Både slike stige-rørskonstruksjoner og de inntil disse plasserte boreplattform-ene er ubevegelig festet til sjøbunnen. Det skulle derfor teo-retisk ikke være nevneverdig innbyrdes bevegelse mellom disse legemene eller konstruksjonene, slik som det vil være i forbindelse med et flytende boreskip. På grunn av den naturlige fleksibilitet i såvel plattformkonstruksjon som rørkonstruk-sjon, og på grunn av virkningen av bølger, strøm og lignende, vil det i virkeligheten være en viss innbyrdes bevegelse mellom konstruksjonene, og denne bevegelsen kan ha komponenter i både vertikalretningen og horisontalretningen.

Bevegelseskompensatoren ifølge foreliggende oppfinnelse er utformet og orientert slik at det høytrykksfluidumet som motstår økingen i strekket, dvs. motsetter seg at de to sammenknyttede konstruksjoner beveger seg fra hverandre, befinner seg i den lukkede enden av sylinderen. Dette eliminerer behovet for noen høytrykks-glidetetning rundt stempelstangen. Dessuten gjør oppfinnelsen ikke bruk av kjeder og hjul, noe som er typisk i de kjente konstruksjoner, men bruker isteden en mye enklere stiv konstruksjon. Dette reduserer ikke bare kostnadene uten at det går ut over styrke og effektivitet, men kraftkapasiteten og effektiviteten kan endog,økes.

Mer spesielt er sylinderen, ved hjelp av første forbindelsesmidler, som fortrinnsvis strekker seg langs sylinderen og bort fra stempelstangen, tilknyttet et festeområde på en av konstruksjonene,f.eks. boreplattformen, idet sylinderens stangende er rettet mot dette festeområdet. Den andre enden av sylinderen, dvs. den lukkede enden, er rettet mot et festeområde på den andre konstruksjonen, dvs. stigerøret, og den del av stempelstangen som stikker ut av sylinderen er knyttet til denne andre konstruksjonen ved hjelp av andre forbindelsesmidler, som strekker seg fra stempelstangen, bakover langs sylinderen mot dennes lukkede ende. Hvis således festeområdet på stigerøret skulle bevege seg bort fra festeområdet på plattformene, og på den måte øke strekket i sammenkoplingsut-styret, eller sammenkoplingslinjen, ville dette bevirke at stempelstangen beveger seg innover, og ikke utover, i sylinderen. Med andre ord, vil en øking av strekket føre til en sammen-trykking av sylinder/stempel-anordningen, og ikke til strekk-ing av denne. Høytrykksstøtputen kan derfor plasseres i sylinderens lukkede ende, slik at det ikke blir behov for høytrykks-glidetetning mellom sylinderen og stempelstangen.

Til forskjell fra de kjente arrangementer med kjede

og skiver, er de første og andre forbindelsesmidler, som er beskrevet ovenfor, fullstendig uavhengige av hverandre.

Skulle det således skje et brudd i et av de to forbindelsesmidlene, noe som riktignok er usannsynlig, ville ikke konse-kvensene være så store. Forbindelsesmidlene som knytter stempelstangen til stigerøret omfatter midler som, til forskjell fra tidligere anvendte kjeder og tau, har et fast festepunkt på stempelstangen, og midlene er stive istedenfor fleksible. Den store grad av enkelhet, sammen med styrke og effektivitet, som preger forbindelsesmidlene ifølge oppfinnelsen, vil bli enda tydeligere når man leser den følgende detaljbeskrivelsen. Fig. 1 er en skjematisk tetning av beyegelseskompen-seringssystemet ifølge foreliggende opfinnelse. Fig. 2 er en forstørret perspektivtegning av en av bevegelseskompensatorene ifølge systemer i fig. 1, idet enkelte av delene er trukket ut fra hverandre. Fig. 3 er et planriss av kompensatoren ifølge fig.2. Fig. 4 er et langsgående tverrsnitt av kompensatoren etter linjen 4-4 i fig. 4. Fig. 5 er et enderiss etter linjen 5-5 i fig. 4.

Idefde-t henvises"til fig. 1 er det vist en vannmasse 10 hvor overflaten har henvis.ningstallet 10a. Den ikke viste bunnen av vannmassen 10 bærer på egnet måte en bærekonstruksjon i form av en boreplattform som har ben 12 og et dekk 14. Fig.l viser også en stigerørkonstruksjon 16, slik som et antall stige-rør eller føringsrør, som er stivt festet til et ikke vist under-sjøisk brønnhode, og strekker seg oppover fra dette, og den øvre enden 16a av stigerøret befinner seg vanligvis over vannflaten 10a, men under plattformdekket 14, slik som vist.

Selvom både bærekonstruksjonen 12,14 og rørkonstruk-sjonen 16 er faste med hensyn til bunnen av sjøen 10, vil det likevel være en liten bevegelse mellom disse to konstruksjonene på grunn av bølgevirkning, tidevann, strøm, vind og lignende. Det er derfor ønskelig å knytte de to konstruksjonene sammen med midler som utligner for en slik innbyrdes bevegelse og som holder strekket i forbindelseslinjene eller forbindel-sesapparatene innenfor gitte grenser. For dette formålet er det anordnet et par bevegelseskompensatorer 18 og 18', som er identiske unntatt hva plassering i forhold til plattform og stigerør angår. Som det er vist på fig. 1, er det på

venstre side av det øvre partiet 16a på stigerøret, et festeområde 20 for tilknytning til bevegelseskompensatoren 18.

Et parti av dekket 14, som befinner seg over og til siden for rørets festeområde 20, tjener som festeområde 22, for tilknytning av bevegelseskompensatoren 18 til plattformen. Festeområdene 20' og 22' for kompensatoren 18<*> på systemets høyre side er tilsvarende orientert i forhold til hverandre. Således er kompensatorene 18 og 18' skrårettet oppover og utover, slik at de kan ta relative bevegelser mellom rørkonstruk-sjonen 16 og dekket 14 i både horisontal og vertikal retning.

Idet det nå henvises til fig. 2-5 i sammenheng med fig.l, skal kompensatoren 18 beskrives mer i detalj. Kompensatoren 18 omfatter en sylinder 24 med et stempel 26, som kan bevege seg frem og tilbake inne i sylinderen. En stempelstang 28 slutter seg til stemplet 26 og går ut gjennom den øvre enden eller stangenden 24a i sylinderen 24. En flensplate 30 er stivt festet til stangenden 24a på sylinderen 24, og strekker seg sideveis ut fra denne. En tilsvarende flensplate 32 er stivt festet til den motsatte eller lukkede enden 24b på sylinderen 24, og strekker seg sideveis ut fra denne. Som det er vist på fig. 4, danner platene 30 og 32 i virkeligheten endelukninger for sylinderen 24. I ett stykke med platen 30,

er det en hylse 30a, som strekker seg inn i sylinderen 24 for glidende å motta stempelstangen 28. Ved bruk er, som vist på fig. 1, stangenden 24a på syl inder én^reftt^t mot ,.f esteom-rådet 22 på dekket 14, mens syl inder enWiukk-éde .•en'dér|2.4b? er rettet mot festeområdet 20 pa rørkonstruksjonen

Et tverrstykke 34, fortrinnsvis i form av den viste enkle rektangulære platen, er ved hjelp av en skrue 35 stivt festet til den enden av stempelstangen 28 som stikker ut av sylinderen 24, slik at platen 34 strekker seg på tvers av stempelstangens ende. De i sideretningen ytterste ender på tverrstykket 34 er i sin tur stivt festet til endene av et par parallelle forbindelsesstenger 36 ved hjelp av skruer 38. Tverrstykket 34 og stengene 36 danner således en stiv forbind-elsesanordning med et fast festepunkt på stempelstangen 28, 'sammenlignet med det tidligere skive- og kjedearrangementet hvor kontaktpunktet ved kjeden kunne variere.

Mens tverrstykket 34 generelt befinner seg tilgrensende stangeenden 24a på sylinderen 24, strekker forbindelsesstengene 36 seg bakover derfra langs sylinderen 24 mot og forbi dennes lukkede ende 24b. Forbindelsesstengene 36

er glidbare i tilhørende boring 40, som går gjennom flensplaten 30 ved diametralt motsatte hjørner i denne, og er likeledes glidbare i lignende boringer 42 i flensplaten .32. Dette bidrar til å føre og stabilisere stengene 36 når de sammen med stemplet beveger seg frem og tilbake. I forlengelsen av sylinderens 24 lukkede ende 24b, er endene til forbindelsesstengene 36 knyttet sammen ved hjelp av et forbindelsesstykke 44, som har en boring 4 6 for tilkobling til stigerørskonstruksjo-nen 16. For enkelhets skyld viser fig. 1 systemet med beveg-elseskpmpensatorene 18 og 18' i stor målestokk, slik at de er direkte festet til festeområdehe 20, 22, 20' og 22' ved hjelp av sjakler og bolter. Men det må forstås at, i avhengighet av systemdelenes relative størrelser, tverrstykket 44 kan festes til festeområdet 20 ved hjelp av kabel eller lignende, og det samme gjelder for den nedenfor beskrevne forbindelsen mellom sylinderen og dekket 14. I alle fall er det klart at kompensatoren 18, sammen med kabler og annet som brukes for å knytte kondensatoren til konstruksjonene 14 og 16, danner en strekkforbindelse mellom disse konstruksjonene.

Idet det igjen henvises til figurene 2-5, er det anordnet andre forbindelsesmidler for tilkobling av sylinderen til dekket14, og disse midlene er uavhengige av midlene 34,

36, 44, som tilkobler stempelstangen til stigerørskonstruk-

sjonen 16. Mer konkret er et par forlengelsesstenger 48 stivt festet til platen 30 ved diametralt motsatte hjørner, som har 90° avstand fra boringene 40. Stengene 48, strekker seg utover fra stempelstangenden 24a i sylinderen 24 og forbi tverrstykket 34, hvor stengenes ender forbindes stivt med et tverrstykke 50, som har en boring 52, for tilkobling til festeområdet 22 på plattformdekket 14, enten direkte eller via en kabel eller lignende.

Man ser at når bevegelseskompensatoren 18 er koblet slik som vist i fig. 1 og beskrevet ovenfor, vil en bevegelse av festeområdene 20 og 22 bort fra hverandre medføre at hele forbindelseslinjen settes under strekk, men samtidig vil stemplet 26 trykkes mot sylinderens 24 lukkede ende 24b, slik at stempel/sylinderanordningen blir sammentrykket. Et pas-sende strekk kan derfor opprettholdes når stempel og sylinder beveges teleskopisk ved behov, ved at det i sylinderen 24, mellom dennes lukkede ende 24b og stemplet 26, er anordnet et trykkgassvolum, f.eks. et trykkluftvolum. Et slikt trykk-fluidum skaffes tilveie fra en tank 54, som er montert på kompensatoren ved hjelp av braketter 56 e.l., og som kommuniserer med sylinderen 24 gjennom en ledning 58. Egnede anord-ninger for komprimering, ventiler o.l., er anordnet på velkjent måte, og det kan vises til flere av de tidligere nevnte patenter når det gjelder detaljer angående slike kompensatorers hudrauliske forhold. Høytrykksfluidumet i sylinderens 24 lukkede ender, opprettholder et ønsket minimumsstrekk i linjen mellom festeområdene 20 og 22 for henholdsvis stigerør og plattform. Fluidumet motsetter seg bevegelse, men tillater likevel en begrenset bevegelse av disse festeområdene bort fra hverandre.

Som en sikkerhetsforanstaltning mot ytterst raske bevegelser av stemplet 26, særlig i tilfelle av et uhell, så som ledningsbrudd eller et annet brudd i kompensatordelene, kan et lavtrykksfluidum tilføres stempelstangsiden .i* i*sylinderen 24. Også dette er velkjent teknikk og er beskrevet i de tidligere nevnte patenter. Dette fluidum kan være en væske, f.eks. olje, og blir presset inn i sylinderen ved hjelp av gass som står under noe trykk, f.eks. luft med svakt over-trykk. En tank 60, som er montert på kompensatoren ved hjelp av raketter 62, og som kommuniserer med sylinderens 24 stem-pelstangside via en ledning 64, sørger for overløp av slik luft og/eller olje når stemplet 26 beveger seg oppover i sin sylinder 24. De sistnevnte væsker tjener bare som en støt-demper og behøver ikke å ha særlig høyt trykk. Det er derfor heller ikke noe kontinuerlig behov for høytrykkstetning mellom stempelstangen 28 og det tilgrensende sylinderhodet, og en enkel tetning, f.eks. den i fig. 4 viste O-ring 64 i fig. 4, kan brukes, idet høytrykksfluidumet i sylinderens 24 lukkede ende blir holdt tilbake av en egnet konvensjonell tetning mellom sylinderen og stemplet 26. Men da sylinderens stamende kan bli utsatt for høyt trykk ved- unormale forhold, f.eks. stangbrudd, kan man bruke eh labyrinttetning eller en lignende tetning.

Den foran stående beskrivelsen representerer bare en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, og tallrike modifikasjoner vil være åpenbare for fagmannen. Kompensatoren vil naturligvis virke like bra om den snus.

Claims (6)

1. System for bevegelseskompensering mellom en offshore bærekonstruksjon (14) og en stigerørskonstruksjon (16) hvor disse konstruksjoner begge har øvre partier (16a) som normalt befinner seg over vannflaten (10), hvilket kompenseringssystem innbefatter et par bevegelseskompensatorer (18,18') plassert i hovedsaken på hver side av stigerørskonstruksjonen (16), fortrinnsvis motsatt skrårettede relativt vertikalen, for å kunne kompensere for både siderettede og vertikale relativbevegelser mellom konstruksjonene (14,16), idet hver bevegelseskompensator innbefatter en sylinder (24) med en ende rettet hovedsakelig mot et festeområde (22) på det øvre partiet av den ene konstruksjonen (14), mens sylinderens andre ende hovedsakelig er rettet mot et festeområde (20) på det øvre partiet av den andre konstruksjonen (16), et stempel (26) som er bevegelig frem- og tilbake inne i sylinderen (24), en stempelstang (28) som er til-sluttet stempelet (26) og går ut gjennom den ene enden (24a) av sylinderen (24), første forbindelsesmidler (30,48.50) som forbinder sylinderen (24) med det nevnte festeområde (22) på den ene konstruksjonen (14), og andre forbindelsesmidler (34,36,44) som er uavhengig av de første forbindelsesmidler og som forbinder den utragende del av stempelstangen (28) med festeområdet (20) på den andre konstruksjonen (16), karakterisert ved at et sammentrykkbart fluidum mellom stempelet (26) og den nevnte ende av sylinderen (24) utnyttes for å motstå bevegelse av stempelet (26) mot den nevnte andre ende av sylinderen (24) og for derved å motsette seg innbyrdes bevegelse av konstruksjonenes (16,14) festeområder (20,22) fra hverandre, derved at de nevnte andre forbindelsesmidler (34,36, 44) innbefatter lenkmidler (34,36) som har et i hovedsaken fast festepunkt på den utragende del av stempelstangen (22), i det lenkmidlene (34,36) strekker seg fra nevnte festepunkt og parallelt med sylinderen (24) i retning av dennes andre ende for tilkopling til den nevnte andre konstruksjon (16).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at lenkmidlene (34,36) er stive.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at lenkmidlene (34,36) innbefatter et tverrstykke (34) som er stivt festet til og strekker seg på tvers av den utragende del av stempelstangen (28), et par parallelle forbindelsesstenger (36) som strekker seg fra dette tverrstykke (34) langs sylinderen (24) og forbi dens andre ende, og hvor midlene dessuten innbefatter et andre forbindelsesstykke (44), som forbinder forbindelsesstengenes (36) énder utenfor sylinderens (24) andre ende.

4. System ifølge krav 3,karakterisert ved at de første forbindelsesmidler (30,48.50) innbefatter et par forlengelsesstenger (48), som er stivt festet til den nevnte ene ende av sylinderen (24) og strekker seg i sylinderens lengde-retning utover fra denne ene enden og forbi nevnte tverrstykke (34), og et første forbindelsesstykke (30) forbinder endene av forlengelsesstengene (48) med hverandre utenfor tverrstykket (34) .

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at forlengelsesstengene (48) er plassert diametralt i forhold til hverandre, idet forbindelsesstengene (36) likeledes er diametralt motsatt plassert i forhold til hverandre, samt er vinkelforskjøvet fra forlengelsesstengene (48) med ca. 90°.

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at sylinderen (24) har et par flensplater (30,32), som begge er stivt forbundet med sylinderen (24) og strekker seg sideveis ut fra hver sin ende av sylinderen, idet forlengelsesstengene (48) er montert på flensplatene (30) ved den nevnte ené ende av sylinderen (24) og begge flensplatene (30,32) har boringer (40,42) for glidbart opptak av forbindelsesstengene (36) .