NO175223B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved utlegging av rørledninger, f.eks. gass- og olje-rørledninger på havbunnen, særlig i områder med svært ujevn bunn.

Ledninger under vann er brukt til transport av olje og gass mellom produksjonsanlegg til havs og produksjons-, lagrings- og terminal- anlegg på land, eller mellom forskjellige typer produksjons-, transitt- og terminalanlegg til havs.

Ved en av de mest brukte metoder for legging av rørledninger under vann foregår leggingen fra et leggefartøy som gradvis trekkes fremover ved hjelp av ankre, eller ved hjelp av propellkraft dersom ankerfri posisjonering benyttes, idet rørledningen sjøsettes under utøvelse av strekk-kraft i røret, slik at krumningen begrenses i den del av røret som henger fritt ned til havbunnen. I området mellom arbeidsdekket og den fritthengende del av røret bøyes røret i vertikalplanet og understøttes her av en utleggingsrampe, også kalt stinger. Under utleggingen danner rørledningen således en S-form,

og leggemetoden kalles S-legging. Et hvert tverrsnitt i rørledningen gjennomgår to bøyninger i vertikalplanet, først til oppover-rettet konveks krumning over stingeren,

og senere til en oppover-rettet konkav krumning i den fritthengende delen.

Ved S-legging blir rørledningen sammensveiset av rette rørstykker til en rettlinjet rørstreng på det horisontale eller svakt akter- overskrånende arbeidsdekket. Hvert rørstykke har vanligvis lengde ca. 12 meter (enkeltstykker) eller ca. 24 meter (dobbeltstykker). De bøyninger som rørledningen gjennomgår under leggingen foregår elastisk, slik at rørledningen når den er lagt på en flat havbunn er rettlinjet og blir liggende med et jevnt anlegg langs havbunnen.

Når vanlig S-legging benyttes i områder med kupert havbunn kan rørledningens anlegg mot havbunnen bli ujevnt, eller helt mangle der rørledningen spenner fritt over forsenkninger på havbunnen. Ved store ujevnheter på havbunnen, som medfører at rørledningen i utstrakt grad spenner fritt og derfor mister sitt anlegg mot bunnen, f.eks. forårsaket av gropformasjoner, pløyemerker fra isfjell eller fra fremstikkende fjellpartier, kan resulterende statiske bøyepåkjenninger eller strøm- og bølgeinduserte dynamiske påkjenninger gi styrkemessig uakseptable virkninger. Under påvirkning av egen vekt vil rørledningen deformeres i vertikalplanet i forhold til et rettlinjet forløp over toppene på den ujevne havbunnen. Graden av deformasjon avhenger av den strekk-kraften røret påføres under legging, på en slik måte at lavere strekk gir større deformasjon, og dermed mindre lengde og høyde på det frie spennet.

Under planlegging av en rørledning under vann foretas undersøkelse av havbunnens beskaffenhet og topografi langs den ønskede trasé. Ved større grad av ujevnhet av havbunnen gjennomføres beregninger av forventede frie spenn. Dersom ujevnhetene på havbunnen resulterer i frie spenn som gir styrkemessig uakseptable virkninger for rorledningen, og bedre traséalternativer ikke er tilgjengelige, gjennomføres en planlegging av spesielle fundamenteringsløsninger for rørledningen. Slike fundamenteringsløsninger kan bestå av planering og grusfylling langs traséen før røret legges, og grøfting, grusfylling og understøttelse langs ledningen etter at den er lagt. Omfanget av fundamenteringsarbeidene kan øke sterkt ved økende lengde og høyde på frie spenn, og slike arbeider er meget kostnadskrevende.

Ved bruk av S-legging på ujevn bunn vil det være fordelaktig å benytte lavest mulig aksielt strekk, slik at lengde og høyde av frie spenn blir minst mulig og fundamenteringsarbeidene blir tilsvarende begrenset. Nedre begrensninger på strekk er imidlertid gitt ut fra rørvekt, elastiske krumninger som røret kan bøyes til og egenskaper til leggefartøy og stinger.

Norsk patent 158.234 beskriver en fremgangsmåte ved utlegging og fundamentering av en rørledning på havbunnen, karakterisert ved at rørledningen forsynes med forhåndsbøyde, vinkelformede bend i horisontalplanet og/eller vertikalplanet, slik at rørledningen får et forløp som følger bunnens naturlige ujevnheter.

Utleggingen er basert på at rørledningen sammensettes av

en eller flere seksjoner som er forarbeidet på et annet sted enn der rørledningen legges, og som er slept fra forarbeidingsstedet til leggestedet opphengt i oppdriftsmidier.

Britisk patent 1.355.867 beskriver en metode som viser at det er kjent å forsyne et rør, som skal bringes til å hvile på en sjøbunn, med et bend for at rør f or løpet kan få en retningsendring. Retningsendringen skjer i horisontalplanet, og sammenføyning foretaes overvanns ved hjelp av styreliner og vaier fra nærliggende fartøy. Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en fremgangsmåte for utlegging av en rørledning med forhånds-bøyde vinkelformede bend i vertikalplanet fra et fartøy fortrinnsvis utstyrt for S-legging.

Nærmere bestemt og på bakgrunn av det som er omtalt ovenfor, angår således denne oppfinnelse en fremgangsmåte ved utlegging av en rørledning på en ujevn sjøbunn, idet rør-ledningen er forsynt med ett eller flere forhåndsbøyde rør-stykker for tilpasning av rørledningen til sjøbunnens ujevnheter .

De nye og særegne trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at de forhåndsbøyde rørstykkene sveises inn i rørledningen sammen med forøvrig rette rør-stykker på arbeidsdekket ombord i et leggefartøy utstyrt for rørlegging, og senkes til sjøbunnen fra leggefartøyet som del av den kontinuerlige rørledning, således at de forhåndsbøyde rørstykker i den lagte rørledning vil befinne seg i posisjoner der sjøbunnen har helningsendringer, og der et rett rør uten forhåndsbøyde rørstykker, ville strekke seg i frie spenn.

Med denne løsning kan de forhåndsbøyde rørstykker sveises sammen med rette rørstykker på arbeidsdekket til et legge-fartøy utstyrt for konvensjonell legging, og deretter senkes ned til sjøbunnen som del av den kontinuerlige rørstreng.

De forhåndsbøyde bendene utgjøres av bøyde rørstykker med lengde som fortrinnsvis tilsvarer lengden av de rette rør-stykkene som benyttes ved S-legging. De forhåndsbøyde rør-stykkene sveises inn i rørstrengen der denne er beregnet å hvile mot havbunnen i punkter med helningsendringer som ville føre til at en rett rørledning etter legging uten forhåndsbøyde rørstykker ville få uønskede frie spenn. Derved oppnås at rørledningen følger helningsenderingen for havbunnen uten at store bøyemomenter oppstår, og med vesentlig reduksjon av lengde og høyde av det frie spennet, sammenlignet med legging av et rett rør.

Ved at rørledningen ikke installeres som en lang, rett bjelke, men som en lang bjelke med varige

retningsendringer i vertikalplanet tilpasset havbunnens topografi, vil behovet for fundamenteringsarbeider langs traséen før installering av rørledningen elimineres eller reduseres til et minimum. Etter at rørledningen er installert må fundamenteringsforholdene på vanlig måte kontrolleres, og om nødvendig må tilleggsfundamenter installeres. Stabilisering av rørledningen ved hjelp av grøfting, betongmatter, asfaltmatter, stein- eller grusfylling kan foretas dersom nødvendig av hensyn til bølge- og strømkrefter eller krefter forårsaket av temperatur eller innvendig trykk i kombinasjon med den aksielle retningsendringen for rørledningen. Omfanget av slike etterarbeider vil bli betydelig redusert i forhold til om rørledningen hadde vært lagt uten forhåndsbøyde rørstykker.

Oppfinnelsen er i det følgende beskrevet nærmere:

Figur 1 viser i fem trinn utleggingen av et rør med to forhåndsbøyde rørstykker, fra et leggefartøy, tilpasset en tenkt ujevnhet på en ellers flat havbunn. Figur 2 viser i fire trinn innsveisingen av et forhåndsbøyd rørstykke på arbeidsdekket til leggefartøyet og passasje av det forhåndsbøyde rørstykket gjennom strekkmaskineriet.

På figurene 1 a)-e) er det vist et leggefartøy 1 med et arbeidsdekk 2, omfattende opplagringsruller for rørledningen 5, maskiner 3 som utøver strekk-kraft på røret og en utleggingsrampe (stinger) 4. Figurene viser videre en rørledning 5 under utlegging, hvor 6 og 7 er forhåndsbøyde rørstykker som er tilpasset ujevnheter på en ellers flat havbunn. Hjelpefartøyer 8 og 9 er via liner 10 og 11 forbundet med de forhåndsbøyde rørstykkene for å kunne overføre en vertikal kraft mellom hjelpefartøyet og røret. Videre betegner 12 og 13 en flat og jevn havbunn, mens 14 betegner en grop i havbunnen. 15 og 16 betegner punkter der havbunnen går over fra flatt til ujevnt område.

Det forhåndsbøyde rørstykket anbringes i rørledningen ved innsveising til enden av røret på arbeidsdekket til leggefartøyet, i en posisjon som gjør at avstanden fra det forhåndsbøyde rørstykket langs den rørstrengen som er under utlegging ned til et punkt på havbunnen er lik avstanden fra det stedet på havbunnen der bendet forutsettes installert til det samme punktet. Nye, rette rørstykker sveises så til røret, samtidig som leggefartøyet forskyves og det forhåndsbøyde rørstykket passerer over stingeren og nedover mot havbunnen der røret henger fritt.

De forhåndsbøyde rørstykkene 6 og 7 vil mest hensiktsmessig være like lange som de øvrige rørstykkene som sveises inn i rørledningen, vanligvis ca. 12 meter eller 24 meter. Figur 2 viser innsveising i rørstrengen 5 av et dobbeltstykke som består av et forhåndsbøyet enkeltstykke og et rett enkeltstykke som er sammensveiset på forhånd. Radius for det forhåndsbøyde rørstykket kan hensiktsmessig være den radius som et tilsvarende rett rør kan bøyes til elastisk, men radius kan være både større og mindre enn dette. Som eksempel vil grensen for elastisk bøyning av et 20" rør være en radius på ca. 120 m. Et 20" rørstykke med lengde 12 m som er bøyet til 120 m permanent bøyeradius vil få en aksiell retningsendring på 0,1 radian (ca. 6 grader). Denne vinkelen er illustrerende for størrelsesorden på de aksielle retningsendringer som oppfinnelsen gjør mulig.

Før det forhåndsbøyde rørstykket 6 sveises til enden av rørledningen på arbeidsdekket 2, vil det være nødvendig å løfte enden av rørledningen og av det forhåndsbøyde rørstykket med midlertidige understøttelser slik at røraksen har samme retning som aksen i det forhåndsbøyde rørstykket ved sveiseskjøten, figur 2b. Tilsvarende må røraksene gis samme retning når neste rette rørstykke skal sveises til det forhåndsbøyde rørstykket. I forhold til prosedyren for innsveising av rette rørstykker til rørledningen, som forutsetter samtidig sveisearbeid på flere sveisestasjoner langs arbeidsdekket 2, kan det av hensyn til ekstra bøyepåkjenninger i røret være nødvendig å fullføre innsveisingen av den forhåndsbøyde rørstrengen på første sveisestasjon. Etter at det forhåndsbøyde rørstykket er innsveiset i rørledningen kan de midlertidige understøttelsene fjernes. Den del av rørstrengen som hviler på arbeidsdekket har ikke lenger en rettlinjet form, og et parti av rørstrengen på begge sider av det forhåndsbøyde rørstykket 6 vil være hevet i forhold til det rettlinjede arbeidsdekket 2. Den del av røret som er hevet belastes som en bjelke av rørets egenvekt, og denne belastningen bidrar til en delvis utretting av rørstrengen, figur 2c. Lengde og høyde av hevet parti vil avhenge av rørstivheten og aksiell retningsendring over det forhåndsbøyde rørstykket. Den aksielle retningsendringen kan bli begrenset av praktiske forhold på det aktuelle leggefartøyet.

Maskinene 3, som utøver strekkkraft på røret, er vanligvis utformet som parvis arrangerte endeløse belter/ som trykkes nedenfra og ovenfra mot rørledningen 5, samtidig som den langsgående beltekraften overføres som strekk-kraft til røret. Trykkkraften ovenfra vil bidra til en ytterligere utretting av rørstrengen, figur 2d, slik at rørstrengen med det innsveiste forhåndsbøyde rørstykket vil ha en tilnærmet rett form under passasjen gjennom strekkmaskinene 3.

Stingeren 4 har samme krumningsretning som det forhåndsbøyde rørstykket 6, og det forhåndsbøyde rørstykket vil derfor oppta mindre bøyemoment ved passasje av stingeren enn den rette delen av rørledningen.

Langs den fritthengende delen av rørstrengen fra enden på stingeren mot havbunnen skifter bøyemoment og krumningen i røret fortegn. I den nedre delen er krumningsretningen konkav oppover. For å redusere tendensen til at det forhåndsbøyde rørstykket, når det kommer inn i området med konkav krumning oppover, skal få en vridningsmessig ustabilitet ved å tilpasse sin krumningsretning til krumningsretningen for den fritthengende delen av rørstrengen, forbindes i en foretrukket utførelse en bæreline 10,11 mellom det forhåndsbøyde rørstykket og et hjelpefartøy 8,9. Strekket i linen utøves av en vinsj på hjelpefartøyet, og skal motsvare den vertikale komponenten av ubalansert strekk i røret som følge av aksiell retningsendring over det forhåndsbøyde rørstykket. Alternativt kan oppdriftstanker festes til det forhåndsbøyde rørstykket med oppdrift tilpasset vertikalkomponenten av rørstrekket som følge av retnings endringen, eller rørledningen kan i et lokalt område på begge sider av det forhåndsbøyde rørstykket gis positiv oppdrift, eksempelvis ved at røret i dette området ikke belegges med vektkappe av betong. Det vertikale strekket opprettholdes til det forhåndsbøyde rørstykket hviler mot havbunnen, og havbunnen derved gir en vertikal kraft på røret ved det forhåndsbøyde rørstykket som tilsvarer vertikalkraften utøvet under nedsenkningen. Uten denne kraften kan det forhåndsbøyde røret få en tendens til å vri seg 180° for å innta samme krumningsretning som den naturlige krumningen under passasjen til havbunnen. Videre vil denne kraften forhindre at store bøyepåkjenninger oppstår som følge av eksentrisk virkning av rørstrekket i området ved det forhåndsbøyde rørstykket. Ved små retningsendringer over det forhåndsbøyde rørstykket kan det være mulig at påføring av en oppoverrettet kraft ikke er nødvendig, fordi tilstrekkelig vridningsstabilitet oppnås ved vridningsmotstand i strekkmaskineriet på leggefartøyet, og bøyemomentet på grunn av eksentrisk virkning av rørstrekket blir lite.

Oppfinnelsen forutsetter en meget nøyaktig kartlegging av bunnforholdene i det aktuelle området for legging av rørledningen 5. Under utleggingen av rørledningen kan det være nødvendig å navigere i forhold til navigasjons-hjelpemidler som er plassert på havbunnen.

Når rørledningen er på plass på bunnen, kontrolleres fundamenteringsforholdene for røret, eventuell nødvendig tilleggsfundamentering besørges, og eventuell nødvendig stabilisering av rørledningen ved hjelp av grøfting, steinfylling, asfaltmatter, betongvekter gjennomføres.

Selv om metoden er beskrevet for anvendelse fra et fartøy utstyrt for S-legging, kan metoden i prinsipp også anvendes fra et fartøy utstyrt for J-legging. Ved J-legging er det rettlinjede arbeidsdekket så sterkt skrånende at rørledningen når den forlater arbeidsdekket, har den helningsvinkel som er nødvendig for nedsenkning til havbunnen uten å passere et område der røret bøyes til en oppoverrettet konveks krumning.

Metoden ovenfor er beskrevet for utlegging av rørledning med oppoverrettet konvekse bend. Legging av rørledning med oppoverrettet konkave bend vil også kunne bidra til reduserte frie spenn og mindre omfang av fundamenteringsarbeider på en ujevn havbunn, og vil kunne gjennomfares prinsipielt på samme måte som utlegging av rørledning med oppoverrettet konvekse bend. Bøyningsforhold over stingeren kan begrense aktuelle retningsendringer for legging av rørledning med oppoverrettet konkave bend med S-legging. For legging av rørledning med slike rørstykker vil utbalansering av resultanten av aksialkraften på begge sider av rørstykket i den fritthengende delen av rørledningen kreve en nedadrettet kraft. Om utbalansering av denne kraften er nødvendig kan dette praktisk arrangeres ved hjelp av ekstra vekter som er del av eller festet til rørstykket med det oppoverrettede konkave bendet.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved utlegging av en rørledning (5) på en ujevn sjøbunn, idet rørledningen er forsynt med ett eller flere forhåndsbøyde rørstykker (6,7) for tilpasning av rør-ledningen til sjøbunnens ujevnheter, karakterisert ved at de forhåndsbøyde rør-stykkene (6,7) sveises inn i rørledningen sammen med forøvrig rette rørstykker på arbeidsdekket (2) ombord i et leggefartøy utstyrt for rørlegging, og senkes til sjøbunnen fra legge-fartøyet som del av den kontinuerlige rørledning, således at de forhåndsbøyde rørstykker (6,7) i den lagte rørledning vil befinne seg i posisjoner der sjøbunnen har helningsendringer, og der et rett rør uten forhåndsbøyde rørstykker, ville strekke seg i frie spenn.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de forhåndsbøyde rør-stykkene (6,7) har en lengde tilsvarende de øvrige rørstykker som rørledningen er satt sammen av.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav l eller 2, karakterisert ved at de forhåndsbøyde rør-stykkene (6,7) ved innsveisingen plasseres med den konvekse siden vendende vertikalt oppover.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at de forhåndsbøyde rør-stykkene (6,7) ved innsveisingen plasseres med den konkave siden vendende vertikalt oppover.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at enden av rørledningen (5) og av et forhåndsbøyd rørstykke (6) som står for tur til å forbindes med rørledningen, løftes med midlertidig under-støttelse, slik at røraksen har samme retning som aksen i det forhåndsbøyde rørstykke (6) ved sveiseskjøten.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at de forhåndsbøyde rør-stykkene (6,7) med oppover-rettet konveks krumning under nedsenkningen til sjøbunnen, utsettes for en oppover-rettet vertikalkraft som tilsvarer ubalansert aksielt strekk som følge av retningsendringer over det forhåndsbøyde rørstykket.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at den oppover-rettede vertikalkraften tilføres gjennom en line (10,11) fra et hjelpefartøy (8,9) som under nedsenkningen er posisjonert vertikalt over det forhåndsbøyde rørstykket (6,7), alternativt ved å konstruere rørledningen nær det forhåndsbøyde rørstykket med positiv oppdrift, eller ved å feste oppdriftstanker til det forhåndsbøyde rørstykket.