NO170739B - Fremgangsmaate til bruk ved tauing av lange, prefabrikerteroerledninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til bruk ved tauing av lange, prefabrikerte rørledninger eller rør-ledningssystemer av den art som er beregnet for installasjon på havbunnen for transportering av petroleumsprodukter.

Med rørledninger skal det i det følgende forstås enkle rør eller rørbunter enten holdt sammen med klemanordninger festet på utsiden av ett eller flere understøttelses- og beskyttelsesrør, eller samlet i et ytre beskyttelsesrør.

I forbindelse med olje/gassproduksjon fra undersjøiske kilder er det behov for rørledninger som legges på havbunnen for forbindelse f.eks. mellom olje/gassbrønner og øvrige installasjoner på havbunnen eller til land. Kostnadsmessig har det vist seg mest fordelaktig å fremstille slike rørled-ninger i full lengde eller i så få lengder som mulig på land for derved å redusere antall koplingsoperasjoner på monteringsstedet til havs. Det er således aktuelt å prefabrikere slike rørledninger i lengder som kan overstige 5-15 km i endel tilfeller.

Prefabrikering av lange rørledninger for olje/gass-produksjon beregnet på å legges på havbunnen er kjent. Led-ningene bygges gjerne sammen av passende rørlengder på land, og trekkes så ut på sjøbunnen og taues i sin fulle lengde til monteringsstedet.

Tauingen kan foregå på forskjellig måte. Det er kjent å forsyne rørledningen, som gis en viss netto oppdrift, med et antall kjettinglengder hver festet med sin ene ende langs rørledningen. Kjettinglengdene har en vekt som sammen med ledningen og med en del av kjettingenes ledd hvilende på havbunnen gir en bestemt likevekt-situasjon med ledningen i en viss avstand fra bunnen. Kjettingene vil da under sleping med en del av lengden gli langs havbunnen, og slepet kan da foregå med rørledningen i passende betryggende avstand fra denne (Off Bottom Tow).

En slik fremgangsmåte forutsetter imidlertid en nærmest ideell havbunn, og forutsetter videre en detaljert forunder-søkelse av havbunnens beskaffenhet. I tillegg kan den nød-vendige trekk-kraft for å gjennomføre en slik tauing være stor, og ved lengder på 5 km eller mere og med tunge kjetting-lengder på havbunnen kan den nødvendige trekk-kraft bli så stor at en slik fremgangsmåte blir praktisk ugjennomførbar. Kryssing av andre allerede installerte rørledninger er en betydelig kompliserende faktor.

En annen kjent fremgangsmåte er å gjennomføre slepingen med rørledningen neddykket men i sin helhet klar av havbunnen (CDT = Controlled Depth Tow). Også i dette tilfelle utstyres rørledningen med et antall hengende kjettinglengder, og med kontrollerte kjettingvekter og regulering av rørledningens egne oppdriftsegenskaper gjennomføres slepingen uten at havbunnen berøres, samtidig som rørledningen holdes i passende avstand fra havoverflaten for å unngå skader på grunn av bølger, kryssende trafikk o.l. Til hjelp for å holde ønsket avstand fra havbunnen og havflaten er det videre foreslått å benytte kjettingledninger/rørledninger utstyrt med fremspring-ende elementer som sammen med kjettinglengdene kan bidra til å øke tilgjengelig løftekraft avhengig av tauehastighet og når tauingen startes fra havbunnen. Metodens anvendelighet be-grenses av rørledningens lengde og neddykket vekt, idet kravet til havdybde og/eller strekk i rørledningen øker i takt med en økning av disse parametre. Videre innebærer metoden praktiske problemer ved at vektene må justeres under vann innenfor meget små toleranser. Utslep av rørledninger uten mulighet for ballastering må starte fra en undervannsposisjon klar av bunnen.

Felles for de kjente fremgangsmåter er at de vekter i form av kjettinger o.l. som anvendes er så betydelige at rør-ledningen må konstrueres med mulighet for oppdrift som kan kompensere for disse vektene. Videre må dimensjonering ta utgangspunkt i største dybde langs taue-ruten. Slepemotstand er stor og slepehastighet er liten, og er begrenset til en max. verdi for å hindre at rørledningen tvinges opp til overflaten.

Konsekvensen av dette er at også ved denne fremgangsmåte er den nødvendige tauekraft betydelig og begrensende for den maksimale rørlengde som det er mulig å taue med tilgjengelig og økonomisk tauenjelp både ved oppstart fra havbunnen og under slep. I verste fall kan vanskelige bunnforhold utelukke at metoden kan anvendes.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er nærmere bestemt av den art hvor rørledningene eller rørledningssystemene langs sin lengde er utstyrt med et antall leddete eller fleksible vekter hvis vektbidrag reduseres som følge av tauings-bevegel-sen og hvor rørledningene eller rørledningssystemene videre er utstyrt med minst én gjennomgående ballasterings-ledning, og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at rørledningene eller rørledningssystemene for innenskjærs skjermet tauing innledningsvis ballasteres til positiv oppdrift og taues i overflatestilling, hvoretter rørledningene eller rørledningssystemene ved påfølgende tauing på åpent hav ballasteres til en liten neddykket eller negativ oppdrift samtidig som rørledningene eller rørledningssystemene holdes i overflatestilling under tauingen ved hjelp av løftekrefter som tilveiebringes av vektene som følge av tauingsbevegelsen, hvorunder rørledningene eller rørledningssystemene i nødvendi-ge situasjoner, såsom en akutt- eller nødsituasjon, senkes raskt til sikker dybde ved at bevegelseshastigheten av tauingen nedsettes eller avbrytes, og, dersom det foreligger en akutt- eller nødsituasjon, med samtidig tilførsel av ballast til ballastledningen og ved at tauingsbevegelsene deretter så snart tauingen alt etter situasjonen kan gjenopptas, økes i nødvendig grad samtidig som nødvendig ballast tømmes ut av rørledningssystemene, med den følge at rørledningene og/eller rørledningssystemene på ny får en positiv oppdrift slik at tauingen fortsetter i overflatestilling.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse tillater bruk av betydelig mindre tilleggsvekter i forhold til kjent teknikk, og betyr en vesentlig besparelse i materialforbruk, ikke bare fordi det kan benyttes mindre og billigere vekter og overflødiggjør bruk av spesielle høydestabiliserende ekstra-elementer, men også fordi den ikke forutsetter at rørled-ningens diameter økes for å utføre slep ut over det som er strengt nødvendig.

Slepemotstand som skyldes de valgte lette vektene er liten i forhold til de tunge vektene (kjetting-lengder) brukt ifølge kjent teknikk, og slepemotstanden vil avta med økende hastighet over en viss hastighet tilnærmet lik den hastighet som er nødvendig for å holde rørledningen i overflaten.

Det blir således mulig å gjennomføre tauing på en økonomisk forsvarlig måte av rørledninger av betydelig lengde, så som 5-10 km og lengre.

Oppfinnelsen er spesielt egnet under forhold med urene bunnforhold både hvor rørledningen skal sjøsettes etter prefabrikering på land, og på strekningen tauingen skal foregå. Videre tillater foreliggende oppfinnelse relativt store pro-duksjonsvariasjoner i rørledningens vekt/volum uten indivi-duell justering etter sjøsetting.

Et ytterligere fordelaktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er at tauehastigheten ikke er kritisk. Nedre grense (i CST) er den minste hastighet som er nødvendig for å holde rørledningen i overflate-stilling. Denne velges ut fra praktiske forhold under slep og ikke ut fra rørledningens parametre. Oppad er det i denne sammenheng ingen grenser.

Hvis nedsenking iverksettes med samtidig ballastering vil slepehastigheten ha liten betydning, og hvis nedsenking iverksettes ved alene å redusere slepehastigheten, må slepehastigheten reduseres til under den hastighet som skal til for å holde rørledningen i overflatestilling.

Det er således ifølge foreliggende oppfinnelse mulig å kontrollere rørledningens vertikale bevegelse med meget små vekter som under tauing holder rørledningen i ønsket posisjon i havflaten på grunn av de løftekrefter som de forholdsvis beskjedne vektene frembringer.

Oppfinnelsen baserer seg på den erkjennelse at de krefter en rørledning utsettes for på grunn av vær og vind når den taues i overflatestilling, i strid med den rådende oppfatning i det faglige miljø, er ubetydelige under normale værforhold, dvs. under alle forhold som ansees for praktisk og forsvarlig for taueformål, uansett tauemetode. Den alminnelig aksepterte grense er her en sjøtilstand med en signifikant bølgehøyde på 2,5 m. Under slike forhold er typiske rørledninger belastet til max. 15 - 30 % av den tillatte styrkekapasistet, og kan således forsvare tauing av selv meget lange rørledninger i overflaten, og samtidig med sikkerhet for at de i en nødsitua-sjon på en enkel måte og hurtig kan senkes under havflaten eller ned på havbunnen for beskyttelse.

Vektene som benyttes ifølge oppfinnelsen kan fortrinssvis fremstilles av betongelementer støpt rundt en 8 mm stålwire og plassert i avstand fra hverandre i stålwirens lengde. Betongens romvekt tilpasses for å oppnå optimal virkning. Vektene kan videre f.eks. gis et plastovertrekk slik at sår i rørledningens korrosjonshindrende belegg unngås. Uttrykket "vekter" som brukt i denne forbindelse er noe misvisende, idet vektenes vesentligste bidrag egentlig er det hydrodynamiske løft de tilveiebringer.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives med hjelp av tegninger, hvor: fig. 1 viser en rørledning med nødvendig utrustning for ST/CST (Surface Tow/Controlled Surface Tow),

fig. 2 viser grafisk som funksjon av dybden den belast-ning som påføres en rørledning av bølger,

fig. 3 a, b, c, d og e viser de forskjellige faser i taueoperasjon for en rørledning med påsittende tilkoplings-enhet,

fig. 4 a, b, c og d viser foretrukne utførelser av vekter ifølge oppfinnelsen, og

fig. 5 viser virkningen av vektene følge foreliggende oppfinnelse sammenlignet med kjent teknikk.

I fig. 1 vises en rørledning 1 som flyter i overflaten av sjøen 2. Rørledningen er her et antall rør og ledninger (ikke vist) omsluttet av et beskyttelsesrør. Rørledningen omfatter også et indre rør 3 for ballasteringsformål. Rørledningen trekkes av en første taubåt 4, og en andre taubåt 5 styrer den aktre ende av slepet. Tauearrangementet er ingen del av oppfinnelsen og er ikke vist.

På den andre taubåten 5 er det en sjøvannspumpe 6 og en luftkompressor 7 som er tilknyttet rørledningens ballaster-ingsrør 3 med slange o.l. over hurtigvirkende koplinger 8 og 9. Ballasteringsrørets andre ende er ført til den første taubåten 4 ved hjelp av en slange med hurtigvirkende kopling

10 for utlufting av ballasteringsrøret.

Ved den innledende tauing av rørledningen innenskjærs er det tilstrekkelig at rørledningen har nok oppdrift til å holde seg flytende i vannflaten ved null slepehastighet, idet det her ikke er problemer med bølger, og det er mulig å ha full kontroll med kryssende trafikk o.l., og tauingen er en enkel overflatetauing (ST). Når tauingen utenskjærs tar til går man over til kontrollert overflatetauing (CST) etter at vektene 13 er på plass. Idet tauingen utenskjærs tar til, tilføres ballasteringsrøret ballastvann til liten neddykket vekt, og løftekrefter som skyldes vektene 13 vil tvinge rørledningen til overflaten under sleping med en hastighet som ligger over en valgt minimumsverdi.

Hvis det oppstår hindringer under den utenskjærs tauingen, stanses denne, og rørledningen vil raskt begynne å synke. Om nødvendig kan ytterligere ballast tilføres ballastledningen. Når faren er over, gjenopptas tauingen, og rørled-ningen vil stige mot overflaten. Om nødvendig kan noe av ballastvannet blåses ut av ballasteringsrøret ved hjelp av kompressoren 7.

Fig. 2 viser grafisk relatert til dybden den maksimale induserte spenning (a) på grunn av bølger i den mest utsatte del av rørledningen uttrykt i % av flytespenning (<a>f) av stålet anvendt for rørledningen ( a . 100)

a

f

Det overraskende er at påkjenningen i overflaten er relativt beskjeden og når et maksimum ved et dyp på ca. 7 - 8 m, for så å avta med økende dybde. Ved en dybde på ca. 15 m er påkjenningen den samme som ved overflaten, og avtar gradvis med økende dybde.

Fig. 3 a, b, c, d og e viser de forskjellige faser i tauingen av en rørledning ferdig koplet til et relativt stort koplingsstykke 11 som avslutter rørledningens ene ende. Koplingsstykket inneholder en klargjort kopling som gir mulighet for en rask og sikker tilkopling til f.eks. en plattform eller en oljebrønn. Koplingsstykket er utstyrt med et flyte-legeme som er hengslet forbundet med koplingsstykket.

Fig. 3 a viser situasjonen under innenskjærs tauing. Rørledningen 1 trekkes av en første taubåt 4. Rørledningen er utstyrt med vekter 13, 13, 13 - , og har en samlet netto oppdrift. Vektene har i denne fase ingen funksjon; om ønske-lig kan monteringen av dem utsettes til like før den utenskjærs tauingen skal begynne. Fig. 3 b viser situasjonen etter at tauing utenskjærs har tatt til. Det vesentlige av rørledningen er fortsatt i overflaten hjulpet av løftekrefter som vektene gir under tauingen, selv om rørledningen og koplingsstykket er gitt en liten neddykket vekt ved ballastering. Koplingsstykket 11 er deri-mot neddykket, idet flytelegemet 12 vil bevirke en nedadrettet kraft på grunn av tauingen. Koplingsstykket holdes neddykket under tauingen for å redusere påkjenningen på overgangen mellom koplingsstykket og rørledningen. Fig. 3 c viser situasjonen nær installasjonsstedet. Slepehastigheten er nå redusert til under den valgte minimumsverdi, og rørledningen forlater overflaten og synker mot bunnen 14.

På fig. 3 d har den andre taubåten 5 plukket opp lede-wiren 14 til brønnen 15 hvor koplingsstykket 11 skal tilko-ples, og rørledningen med koplingsstykket trekkes på plass. I denne fasen har koplingsstykket en liten oppdrift som letter entringen på brønnen 15. Fig. 3 e viser koplingen mellom koplingsstykket 11 og brønnen 15 fullført. Fig. 4a, b, c og d viser i detalj hvordan vektene tenkes utført ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 a viser en vekt 13 festet til en rørledning 1 ved hjelp av en wire 16. Vekten er satt sammen av en rekke at-skilte enkeltvekter 17, 17, 17 — som er betongelementer støpt rundt wiren 16. Betongelementene har en valgt tetthet/romvekt tilpasset kravene til minimum slepehastighet med rørledningen i overflaten. Fig. 4 b og c viser enkeltvekter som er gitt en overflate som skal gi økt vannmotstand under sleping, og tilsvarende økt løftekraft.

Vektene kan også som vist på fig. 4 d utføres som atskil-te enkeltvekter holdt på plass i en plasthylse. Det er vesentlig at vektene har stor bøyelighet. Det er videre ønske-lig å gi vektene en ytre utforming som ikke skader rør-ledningens korrosjonshindrende belegg når rørledningen legges på plass på havbunnen, og at de ikke er av metall som vil aksellerere korrosjon. Fig. 5 a og b illustrerer virkningen av vektene ifølge foreliggende oppfinnelse sammenlignet med virkningen av de konvensjonelle, tunge vektene benyttet i den kjente teknikk. Fig. 5 a viser forholdet mellom nødvendig minimum vekt for å holde en rørledning på havflaten ved CDT (Controlled Depth Tow) under tauing sammenlignet med nødvendig vekt ved CST (Controlled Surface Tow).

Ved en slepehastighet på 1,5 m/sek. vil nødvendig minimum vekt ved CDT være 6 ganger vekten nødvendig ved CST; for å oppnå samme effekt ved en slepehastighet på 0,5 m/sek. vil nødvendig minimum vekt ved CDT være 10-15 ganger vekten som kreves ved CST.

Fig. 5 b viser grafisk den del av slepemotstanden som skyldes vektene ved forskjellige slepehastigheter ved CST og CDT. Kurvene er satt opp med det underliggende kriterium at rørledningene både ved CST og CDT kommer opp til overflaten ved en tauehastighet på 1,5 m/sek. Inntegnet er også vanlig kommersielt tilgjengelig slepekraft, som bl.a. viser at tilgjengelig slepehastighet ved CDT sterkt begrenser mulig slepehastighet.

Av kurven fremgår med all tydelighet at å starte tauing av en rørledning ved CDT (som må starte fra havbunnen) krever betydelig tauekraft og sterkt begrenser maksimum rørlednings-lengde som den kan anvendes for.

Diagrammet viser at ved en tauehastighet på 1,5 m/sek. i CDT er all tilgjengelig tauekraft forlengst oppbrukt av vektene alene. I CST er motstanden som skyldes vektene beskjeden, og når et maksimum ved ca. 1,5 m/sek. for så å falle ved økende tauehastighet, og hele tiden med tilgjengelig overskudd av tauekraft.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til bruk ved tauing av lange, prefabrikerte rørledninger eller rørledningssystemer av den art som er beregnet for installasjon på havbunnen for å benyttes for transport av petroleumsprodukter, og hvor fremgangsmåten er av den art hvor rørledningene eller rørledningssystemene langs sin lengde er utstyrt med et antall leddete eller fleksible vekter hvis vektbidrag reduseres som følge av tauings-bevegel-sen og hvor rørledningene eller rørledningssystemene videre er utstyrt med minst én gjennomgående ballasterings-ledning, k a rakterisert ved at rørledningene (1) eller rørledningssystemene (1) for innenskjærs skjermet tauing innledningsvis ballasteres til positiv oppdrift og taues i overflatestilling, hvoretter rørledningene eller rørlednings-systemene ved påfølgende tauing på åpent hav ballasteres til en liten neddykket eller negativ oppdrift samtidig som rørled-ningene eller rørledningssystemene holdes i overflatestilling under tauingen ved hjelp av løftekrefter som tilveiebringes av vektene (13, 13) som følge av tauingsbevegelsen, hvorunder rørledningene eller rørledningssystemene i nødvendige situasjoner, såsom en akutt- eller nødsituasjon, senkes raskt til sikker dybde ved at bevegelseshastigheten av tauingen nedsettes eller avbrytes, og, dersom det foreligger en akutt- eller nødsituasjon, med samtidig tilførsel av ballast til ballastledningen og ved at tauingsbevegelsene deretter, så snart tauingen, alt etter situasjonen, kan gjenopptas, økes i nød-vendig grad samtidig som nødvendig ballast tømmes ut av rør-ledningssystemene, med den følge at rørledningene og/eller rørledningssystemene på ny får en positiv oppdrift slik at tauingen fortsetter i overflatestilling.