NO167504B - Offshoreterminal - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en of f shoretentiinal i ifølge krav-innledningen. Et 'enkeltpunkts fortøyningssystem for et flytende fartøy er kjent,omfattende en overføringskonstruk-

, sjon hvis nedre ende er forankret til havbunnen for å begrense sideveis avdrift og rotasjon omkring en vertikal akse. Over-føringsstrukturens øvre ende understøttes av fartøyet med en forbindelse som tillater fartøyet å rotere 360° omkring over-føringsstrukturen. En overføringsstruktur i form av en søyle som strekker seg gjennom størstedelen av havdybden er i mange tilfeller ønskelig på grunn av at den tillater at et beskyt-tet, oljeoverførende stivt rør strekker seg over størstedelen av havdybden. En type søyle har en nedre ende som er dreibart montert med en toakset forbindelse til et fundament på havbunnen. En slik montering er kostbar. En annen type vist i US 4 262 620 benytter et par kjettinger istedenfor en søyle og forankrer bunnen av kjettingsøylen med en i det vesentlige horisontal forløpende arm hvis nedre ende holdes i en dreie-forbindelse til havbunnen. En slik montering er også kostbar og gir ujevne fortøyningskrefter i de ulike driftsretnin-ger. Et søylefortøyningssystera som tillater fortøyning av søylen med lav kostnad mens det gir ensartede fortøynings-krefter i en hvilken som helst avdriftsretning for fartøyet og som gir fortøyningskrefter som øker langsomt med progres-sivt økende fartøysavdrift, opp til en større kraft under et større fartøys avdrift, ville ha stor verdi.

Fortøynings- og lastoverføringsstrukturer som benytter et flytende fartøy har i det vesentlige vært brukbare for overføring av rensede hydrokarboner til et skip, men ikke generelt for produksjonen av hydrokarboner fra undervanns-brønner. Ved produksjon av hydrokarboner fra undervannsbrøn-ner inneholder strømmen fra brønnen faststoffer og fluiduren-heter med sand. og vann, samt væsker og gass. Videre pro-duserer en brønn ved et typisk høyt trykk på eksempelvis 41,7 MPa. Pålitelige fluidsvivler for å tillate at fartøyet kan dreie 360° omkring overføringsstrukturen, har ikke vært tilgjengelige for å overføre fluider ved slike høye trykk. Sand eller andre partikler som foreligger i fluidene vil til-føre vedlikeholdsproblemer til slike svivier. Undersøkelser har vært gjennomført vedrørende konstruksjonen av slike fluidsvivler, men det synes som om kostnaden og vedlikeholdet av svivelen vil være begrensende. Følgelig produseres undervannshydrokarboner ved bruk av store og kostbare faste plattformer. En offshoreterminal som ville tillate produksjon av hydrokarboner fra undervannsbrønner til fartøyer ville tillate produksjon av undervannshydrokarboner ved lav kostnad.

De foran beskrevne fordeler oppnås med terminalen ifølge foreliggende oppfinnelse, slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

Med et slikt arrangement tilter søylen for enhver avdriftsretning for fartøyet og dens nedre ende løftes lik en pendel. "Pendelens" horisontale komponent som dannes av søylen som henger i en vinkel fra fartøyet, tvinger fartøyet tilbake til dets hvilestilling. Pendelpåvirkningen strammer også en gruppe kjettinger for på denne måte å påføre store fortøyningskrefter over en betydelig avdriftsavstand for far-tøyet, på en myk og gradvis økende måte.

Terminalen kan benyttes som en produksjonsterminal for hydrokarboner hvor. hydrokarbonene produseres fra en undervanns-brønn ved høye trykk og hvor hydrokarbonene kan inneholde faststoffer, urenheter som eksempelvis sand. Dette kan oppnås ved bruk av en roterbart montert plattform på fartøyet som kan rotere om en vertikal akse i forhold til fartøyets skrog. Plattformen omfatter anordninger for å redusere trykket fra brønnens utstrømming, eksempelvis fra 41,4 MPa til 6,9 MPa og kan også omfatte innretninger for å fjerne partikler og gass og for å tilbakeføre gass ved høye trykk. Som et resul-tat av dette er det mulig å benytte en fluidsvivel for å tillate at fartøyet roterer kontinuerlig omkring plattformen mens fluid overføres mellom disse, ved kun moderate trykk og med partikkelformede forurensninger kun ved redusert nivå.

Søylen kan kobles fri fra fartøyet slik at fartøyet

kan segle bort og kan senere igjen tilkobles. Fornyet tilkobling også under moderat vanskelige værforhold forenkles ved anordningen av en toakseforbindelse ved bunnen av den roterbart monterte plattform. Tilkobling forenkles også ved bruken av kabelføringer på den toaksede forbindelse.

Noen utførelser av oppfinnelsen beskrives eksempelvis

1 henhold til tegningen hvor figur 1 viser et sideriss av en terminal i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, vist med søylen i ikke tilkoblet stilling, figur 2 viser et riss tilsvarende figur 1, men med søylen tilkoblet, figur 3 viser et snitt 3-3 på figur 1, figur 4 viser et riss av en del av terminalen på figur 2, figur 5 viser et sideriss av en del av innretningen på figur 2, figur 6 viser et forenklet blokkdiagram av behandlingssystemet i henhold til innretningen på figur 2 og figur 7 viser et delsnitt av en terminal i henhold til en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse .

Figur 1 viser en offshore fortøynings- og lastoverfør-ingsterminal 10 med et fartøy 12 for behandling og lagring av hydrokarboner (især væsker) inntil disse kan overføres til et tankskip (ikke vist). Systemet omfatter også en søyle-formet overføringsstruktur 14 for fortøyning av fartøyet og for å overføre hydrokarbonene fra undervannsbrønnen 16 opp til fartøyet. Søylen 14 strekker seg gjennom størstedelen av havdypet mellom fartøyets bunn 12B og havbunnen 20. Søy-len er vist i en frikoblet stilling for lagring på figur 1, men kan heves til den utstrakte stilling vist på figur 2 hvor dets øvre ende 22 er forbundet med en roterbart montert plattform 24 på fartøyet. Plattformen som omfatter en brønn 25 i skipets skrog og et større dreiebord 27 over skroget, kan rotere om en vertikal akse 26 uten begrensning, i forhold til fartøyets skrog 28. En universalforbindelse 30 ved brønnens bunn tillater at søylen kan dreie om to horisontale akser 32, 34 i forhold til plattformen 24. Søylens nedre ende 36 er forankret ved hjelp av en gruppe fleksible liner i form av kjettinger 38 sam strekker seg i ulike kompassretninger fra søy-lens bunn og henger i løse kjedelinjekurver mot havbunnen hvor de er forankret ved 40.

Når fartøyet 12 driver av fra sin hvilestilling vist uttrukket på figur 2, i en hvilken som helst retning, eksempelvis til stillingen 12A, tiltes søylen 14 og foretar også en horisontal forskyvning, eksempelvis til stillingen vist ved 14A. En faktor som tvinger fartøyet tilbake mot hvile-stillingen er "pendel"-effekten hvor søylen ved 14A virker som en pendel hvis nedre ende er hevet fra en stilling direkte under dens dreieakse. For å oppnå denne effekt har søy-lens nedre ende 36 (i de nederste 10% av søylens totale høyde C) en stor vekt. Dette oppnås ved kjettingenes 38 betydelige vekt og den ytterligere vekt av en klasevekt 40 som er festet til søylens nedre ende. En annen faktor er den horisontale forskyvning av søylens nedre ende 36 som resulterer i at en kjetting 38a løftes slik at den befinner seg under større strekk og dette strekk er rettet langs en horisontal retning, idet den motstående kjetting 38b er løsere og har sin vekt rettet direkte nedover i motsetning til en større tverrkompo-nent. Bruken av kun kjettinger for å forankre søylens nedre ende resulterer i ensartet graduert påføring av fortøynings-kref ter på et avdrivende fartøy, uavhengig av orienteringen for vind, bølger og strømmer som måtte dreie fartøyet. Dette vil si at den samme gradvise påføring av store fortøynings-krefter vil oppstå også dersom søylen presses til den motsatte side, eksempelvis til den motsatte side 14B.

Søylens topp kan frigjøres fra fartøyet. Dette er spesielt hensiktsmessig i nordlige farvann hvor is kan frem-komme som ville kunne skade et skip som flyter på overflaten, men som ikke ville skade en søyle hvis øvre ende er anordnet minst noen meter under havflaten. Søylen omfatter en bøye 46 ved dens øvre ende, som tjener til å hindre at søylen faller ned når den frigjøres fra fartøyet og som har tilstrekkelig oppdrift til å holde hele søylens vekt og i det minste noe av kjettingenes 38 vekt. Klasevekten 40 er opphengt med en gruppe hengende kjettinger 50 fra bunnen av kjettingbordet 52 ved søy-lens bunn. Når søylen frigjøres faller den inntil klasevekten 40 hviler mot havbunnen. Søylens oppdrift er ikke tilstrekkelig til å understøtte hele vekten av klasevekten 40, men holder noe av dens vekt slik at søylen derved stanser nedadgående bevegelse. Denne vekt fastlegger derved den dybde H til hvilken søylen vil synke. Det er viktig at søylens

bunn ikke faller ned mot havbunnen da en fleksibel ledning 54 som overfører hydrokarbonen til søylen ellers ville presses mot havbunnen og skades og selve søylens bunn ville også skades .

Systemet er oppbygget for å forenkle tilkobling av en nedsenket søyle, normalt uten bruk av dykkere. Som vist på figur 4 omfatter søylen et par kabler 60, 62 for installasjon av stigrøret, som kan gli fritt i kabelrør 64 i søylen inntil et stopp 65 på figur 1, ved bunnen av hver kabel treffer et stopp 66 nær toppen av røret. Når et fartøy 12 (figur 1) nærmer seg en nedsenket søyle, kan den plukke opp løfteøynene 68 ved toppen av kablene ved flere kjente metoder, eksempelvis ved å plukke opp flytende markeringsliner hvis nedre ender er festet til løfteøynene 68, eller ved bruk av et gjenfinnings-fartøy som sendes fra fartøyet for å plukke opp stigrørkab-lenes øvre ender. Kablene 60, 62 (figur 4) trekkes deretter OPP gjennom de koniske føringer 65, 67 på toppen av søylen,

de nedre kabelføringer 69, 71 ved bunnen av den toaksede forbindelse 30, midtre kabelføringer 70, 72 ved midten av den toaksede forbindelse og deretter gjennom plattformens kabel-føringer 74, 76 som er montert ved bunnen av den roterbare plattform.

Som vist opå figur 5 er hver kabel trukket opp gjennom en lineær heis 78 i brønnen 25 og viklet på lagringshjul 80,

82 på den roterbare plattforms dreiebord 27. Ved bruk av den lineære heis 78 holder det øvre feste 84 kabelen, mens det nedre feste 86 beveges nedover og den nedre klemme 86 holder kabelen når denne beveges oppover. Søylen 14 trekkes

opp til fartøyet inntil søylens koniske føringer 65, 67 (figur 4) kommer inn i kabelføringene 69, 71 véd"1 bunnen av universal-leddet 30. Dermed flukter leddets bunn 30b med søylen slik at en koblingsspindel 90 (figur 4) ved søylens topp kan gå i inn-grep med en låseklemme 92 ved bunnen av leddet 30. Etter gjen-nomført tilkobling senkes installasjonskablene 60, 62 tilbake i søylen.

Det faktum at stigrørkablene 60, 62 passerer gjennom

de nedre kabelføringer 69, 71 og de andre kabelføringer 70,

72 og 74, 76, resulterer i at leddets 30 bunn kommer til å flukte med søylens 14 topp, både i sideveis stilling og i vinkelorientering. Dette tillater automatisk tilkobling av søylen til leddet, især for fluidkoblingene i kobllngsspin-delen 90. Alt dette kan gjennomføres uten behov for at dykkere skal medvirke ved tilkoblingen. Videre tillater den automatiske flukting tilkobling av skipet til nedsenkede søyler i moderat hardt vær, for således å unngå å måtte vente inntil havet er stille før gjennomføring av tilkoblingen. Det faktum at søylens 14 topp ligger flere meter under havflaten også når den er fullt hevet, resulterer i minimal reaksjon på bøl-gene og resulterende bevegelse som kunne hemme tilkoblingen.

Det ovenfor nevnte arrangement er også hensiktsmessig for å muliggjøre hurtig frigjøring av fartøyet fra søylen mens kontrollert nedsenkning av søylen fremdeles er sikret. Den hydrauliske kobling 82 kan til enhver tid aktiveres, idet søylens vekt bringer denne ut av forbindelsen. Den nedheng-ende motvekt vil synke mot havbunnen og søylen vil synke langsomt nedenfor hvilestilling og deretter løftes til denne.

Det er mulig styrbart å senke søylen ved reversert bruk av den lineære heis (etter først å ha løftet installasjonskablene) for å hindre at søylen synker vesentlig nedenfor dens hvilestilling.

Dreiebordet 27 på figur 5 er en stor roterbar konstruk-sjon som bærer behandlingsutstyr 90 for behandling av blandingen fra undervannsbrønner før de behandlede fluider over-føres gjennom en fluidsvivel 92 til lagringsutstyr 94 på far-tøyet. Fluidsviveien har en ikke roterbar del 93 som er forbundet med behandlingsutstyret 90 i brønnen og en roterbar del 95 som ér forbundet med lagringsutstyret på fartøyet. Den utstrømmende blanding fra undervannsbrønner kan ha høye trykk, eksempelvis 41,4 MPa og kan inneholde partikler, eksempelvis sand. Tilgjengelige fluidsvivler, eksempelvis 92, for å tillate dreining av fartøyet om en vertikal akse uten begrensning, mens plattformen 24 ikke dreier, er ikke tilgjengelige for håndtering av slike høye trykk eller de mulig forurensninger i hydrokarbonet slik disse kommer ut fra en undervannsbrønn. Det høye trykk kan ikke enkelt reduseres av en strupeinnretning fordi en strupeinnretning med så stor trykkreduksjon ville frigjøre store gassmengder (på grunn av at de flyktige væsker går over til gass når trykket reduseres). De resulterende strømmer med stor hastighet som inneholder primært gass og kun en mindre del væsker (som ofte er de ønskede hydrokarboner) kunne resultere i hurtig slitasje av rørsyste-met og liten produksjon av væske. Hittil har undervannspro-duksjon vært utført, nesten utelukkende ved bruk av kompakte faste plattformer som har ben og hviler på havbunnen og som er meget kostbare, især dersom de må motstå store krefter, eksempelvis fra is. De store kostnader ved slike faste plattformer og den lange tid som kreves for deres bygging og installasjon har hemmet produksjonen av hydrokarboner fra mindre undervannsreservoarer og forsinket produksjonsstarten fra større områder.

Ved denne form av den foreliggende oppfinnelse er produksjonsutstyr montert på det dreibart monterte dreiebord på fartøyet, omkring hvilket resten av fartøyets skrog kan dreie. Figur 6 viser et forenklet riss av behandlingsutstyret 90 som er montert i skipets brønn. Utstyret omfatter strupeinnretninger 96 av moderat størrelse for reduksjon av det opprinnelige trykk i brønnen i ledningen 97, eksempelvis 41,4 MPa til omtrent halvparten. De sterkt flyktige væsker går over i gass, men en meget slitesterk ledning med kort lengde og stor diameter kan benyttes ved 97, eller strupe-innretningens uttaksside kan være direkte åpen til en stor separeringstank. Blandingen kommer inn i en tank 98 som separerer gass fra væske og som har uttak 100, 102 henholds-vis for gass og væske ved det trykk som hersker her. Gassen overføres gjennom en scrubber 104 og en returkompressor 106 som komprimerer gassen til et trykk på eksempelvis 48,3 MPa for å tilbakeføre de sterkt flyktige fraksjoner gjennom led-ningene 105 til undervansbrønnen for derved å bidra til å opprettholde brønntrykket og således produksjonsvolumet. Den i uttaket 102 utskilte væske overføres gjennom en strupeinnretning og en separeringsanordning 108 som ytterligere separerer den resterende gass fra væsken, og som overfører væsken til en sandtank 110 som fjerner mesteparten av sanden og de andre partikler i blandingen fra brønnen. Et uttak 112 på tanken overfører råolje, vann og gass i væskeform (moderat flyktige hydrokarboner), nå ved et trykk på 6,9 MPa og disse overføres via svivelenheten 92 til behandlingsutstyret på fartøyets stasjonære del.

Svivelenheten 92 returnerer ubenyttet gass fra behandlingsutstyret på fartøyets dekk, gjennom en ledning 114, med et trykk på eksempelvis 4,1 MPa, idet dette trykk økes ved hjelp av et par kompressorer 116, 118 og deretter avleveres via scrubberen 104 til returkompressoren 106. En ytterligere ledning 120 overfører produsert vann (vann med urenheter) gjennom fluidsviveien ved et trykk på eksempelvis 13,8 MPa til en pumpe 122 som øker vanntrykket 48,3 MPa like før vannet tilbakeføres til undervannsreservoiret ved hjelp av injeksjons-brønner.

Avsepareringen av mye av de meget flyktige fluider

fra brønnen (i denne sammenheng ønskes kun væskene) og deres kompresjon til noe over brønntrykket, reduserer kostnadene for tilbakeføring av gassen. Tilbakeføringskostnadene reduseres ved at det ikke foreligger behov for store forkompres-sorer for mesteparten av gassen, idet kompressorene 116, 118 kun benyttes for en mindre del av gassen. Dette faktum i tillegg til separeringen av gass fra væsken og den etterføl-gende reduksjon av de væskeformede hydrokarboners trykk, fjer-ningen av mange av hydrokarbonenes partikler og rekomprimeringen av gassen og vannet til høye trykk, alt utført på plattformen som ikke roterer med fartøyet, muliggjør at en tilgjengelig fluidsvivel 92 kan benyttes ved produksjonen av hydrokarboner. Systemet tilfredsstiller allikevel de fleste, om ikke alle, funksjoner som gjennomføres når det benyttes en stor stasjo-nær plattform for å produsere hydrokarboner fra undervanns-brønner .

En av de områder i installasjonen hvor det kan oppstå feil er ved det toaksede ledd 30 (figur 4) og i det område hvor leddet er forbundet med søylens 14 topp. Det er ønskelig at teknikere som befinner seg på fartøyet 12 skal kunne observere dette område og her gjennomføre vedlikehold og repa-rasjoner uten at det kreves at disse teknikere må gjennomføre deres arbeider under vann. Figur 7 viser en annen installasjon 130 som i det store og hele tilsvarer den som er vist på figur 1-6, bortsett fra at plattformen 132 har et nedre parti 134 som befinner seg i fartøyets skrog og som kun strekker seg over en del av skrogets høyde slik at det toaksede ledd 136 sam tillater dreining av to akser 138, 140, ligger over hav-nivået, i det minste ved en minimal ballaststilling for fartøyet (vanligvis omtrent 20% ballast). En inspeksjons-stasjon 142 er anordnet i fartøyets skrog og er tilgjengelig fra fartøyets dekk, i motsetning til å kreve at en tekniker må dykke fra fartøyets utside, for å gjøre det mulig for en tekniker å inspisere området ved søylens 14 topp og det toaksede ledd 136. Fartøyet har en stor utsparing 144 som er bred-ere ved den nedre ende (hvor den er minst to ganger så bred som søylen) enn ved toppen for å kunne oppta tilting av søylen 14 i forhold til fartøyet 146.

Et offshoreterminalsystem av den type som er vist på figur 1 og 2 er konstruert for bruk i sammenheng med et far-tøy 12 som er et tankskip med 200 000 tonn døvekt. I typisk bruk med 75% ballast ligger tankerens 12B bunn ved en dybde A på 14,3 m under havflaten. Havdybden B er 82,3 m. Søy-len har en høyde C på omtrent 39,6 m. Bunnen av toakseled-det ligger på en avstand D omtrent 4,6 m under fartøyets bunn. Søylens diameter E er 2,4 m over mesteparten av dens høyde. Motvekten 40 har en vekt på 680,4 tonn, noe som er større enn vekten av den øvre 9/10 av søylen. Når søylen eller stigrøret 14 er forbundet med fartøyet som vist på

figur 2, befinner kjettingenes 38 øvre ender seg i en vinkel F på omtrent 65° med horisontalplanet. Vinkelen ved kjettingenes nedre ender er minst 5° mindre på grunn av at kjettingene befinner seg i løse kurver. Kjettingbordet 52 befinner seg i en høyde G på 25,3 m over havbunnen.

Oppfinnelsen frembringer, idet minste med de foretrukne utførelser, en offshore fortøynings- og lastoverføringstermi-nal som kan benyttes som en hydrokarbonterminal til relativt lav kostnad. Terminalen omfatter en søyle som under bruk har en øvre ende dreibart montert omkring et par horisontale akser til en roterbart montert plattform på et fartøy og som har en nedre ende forankret til havbunnen. Søylens nedre ende er forankret kun ved hjelp av en gruppe fleksible liner som strekker seg i løse kjedelinjekurver i ulike kompassretninger fra søylens nedre ende til steder på havbunnen hvor de er forankret tilhavbunnen. Søylens nedre ender er vektbelastet slik at når den tiltes, vil den virke som en pendel som retter seg opp av seg selv. Når således fartøyet driver av i en retning, tillater kjettingene sideveis bevegelse i bunnen, men i mindre grad enn ved søylens topp slik at søylen forskyves horisontalt og også tiltes. Søylens tendens til å dreie tilbake til ver-tikalplanet, pluss en kjettings løfting og stramming og løs-gjøringen av en motsatt kjetting, resulterer i en tilbakefør-ende kraft som presser fartøyet tilbake til dets hvilestilling. Dreiebordet på fartøyet kan omfatte utstyr for produksjon, behandling og retur, noe som reduserer hydrokarbonenes trykk slik at en tilgjengelig fluidsvivel som kan rotere uten begrensning om en vertikal akse, kan benyttes for å overføre de resulterende hydrokarboner ved lavt trykk og relatvit ren-set, til videre utstyr for behandling og lagring på fartøyets dekk.

Claims (3)

1. Offshoreterminal, omfattende et fartøy (12) hvis skrog (28) har en om en vertikal akse dreibar plattform (24), hvor fartøyet holdes av en søyle (14) hvis øvre ende (22) er dreibart monterbar til plattformen og hvis nedre ende (36) er forbundet med flere fleksible forankringsliner (38) som strekker seg i kurveform i ulike retninger til havbunnen hvor deres ender er forankret, hvor søylen strekker seg gjennom den vesentligste del av avstanden mellom skipet og havbunnen og en vekt (40) er opphengt i søylens nedre ende (36), KARAKTERISERT VED at vekten er opphengt i søylens nedre ende med en fleksibel forbindelse slik at vekten befinner seg nedenfor søylen.

2. Terminal ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at søylen har tilstrekkelig oppdrift til å holde seg selv, men utilstrekkelig oppdrift til å holde vekten (40) som henger i søylens nedre ende, slik at søylen når dens øvre ende (22) frigjøres fra skroget (28), vil synke inntil vekten hviler mot havbunnen og vekten dermed bestemmer neddykkingsdybden.

3. Terminal ifølge krav 1-10, KARAKTERISERT VED at en bøye (46) er anordnet ved søylens øvre ende.