NO180244B - Böyningsbegrensende anordning for en fleksibel rörledning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en bøyningsbegrensende anordning for en fleksibel rørledning, f.eks. et stigerør eller et strekkstag som er anordnet mellom en installasjon på havbunnen og et fartøy f.eks. en strekkstagplattform, omfattende et antall konsentrisk i hverandre rundt ledningen eller . staget anordnete skall, hvor lengden av hvert skall langs ledningens eller stagets akse er mindre enn lengden av det radielt nærmest underliggende skall. Som eksempel på en slik anordning kan nevnes FR 2 397 084.

Oppfinnelsen er særlig anvendbar for stramme stag eller ledninger, f.eks. strekkstag og petroleumsproduksjon-overfø-ringsledninger såsom stigerør.

Dagens produksjons- og borerørstrenger er vanligvis forbundet med sjøbunnen ved hjelp av en forbindelse som består av et kuleledd eller fleksibelt ledd som tillater en vinkelbeve-gelse på ca. 10° i enhver retning. Unntaket fra denne regel forekommer ved strekkstag-plattformen (TLP) som er montert på HUTTON-feltet i Nordsjøen der produksjonsrørstrengene er direkte innstøpt i våte brønnhoder som er samlet på plattformens vertikallinje.

En slik innstøping er fordelaktig av flere grunner. For det første unngår man at produksjonsrørene innvendig i stige-røret utsettes for bøyepåkjenning av betydning. Dessuten minskes stigerørets vinkelklaringer. Endelig er den mer kom-pakt og billigere og krever mindre vedlikehold enn et kuleledd.

Der det brukes en borerørforlenger vil et slikt ledd i betydelig grad minske borerør-slitasjen.

Ulempen ved innstøping er at momentene som oppstår på grunn av plattformens sideawik og virkningen fra sjøstrømmen, kan være meget betydelige. For å minske bøyespenningene som ellers ville overskride den tillatte grenseverdi for stige-røret, er det av vesentlig betydning å innføre en bøynings-begrensende anordning mellom stigerøret og innstøpingen.

Anordningen kan være slik konstruert at den kurve som fremkommer er stort sett bastant langs hele dens lengde. Dette krever at bøyestivheten (EI) forløper på en nøyaktig måte langs anordningen.

De gitte data ved problemet er følgende:

Ag = stigerørets fotvinkel ved et ikke-stivt ledd,

(EI)R = stigerørets bøyestivhet,

(EI)0 = øvre ende av bøyestivheten til den bøyningsbegrensende anordning,

Mq = maksimalt tillatelig moment ved forbindelsen mellom

stigerøret og anordningen,

T = strekkraft på forbindelsen og

C0 = skjærkraft på forbindelsen

og ved følgende uttrykk

Re = minste tillatelige bøyeradius for anordningen

(= (EI)q/Mo)

L = lengden av anordningen

For en bedre forståelse av disse angivelser henvises til søknadens f igur 6.

Det kan vises at de følgende forhold er tilnærmet eksak-te: Den nødvendige lengde (L) for anordningen

Vinkelen (Ae) som anordningen må bøye er

Nødvendig utvikling av bøyeradien (EI) langs anordningen Maksimalt moment ved anordningens nedre ende

Fra ligning (2) kan det utledes at jo mindre den minste bøyestivhet (EI)Q er, dess kortere kan anordningen være.

Ligning (5) viser at det maksimale moment som overføres til fundamentet står i direkte forhold til anordningens lengde (L) og tillatt bøyeradius (Re). Det er således en fordel å lage denne anordning så fleksibel som mulig.

Dersom stigerøret er fremstilt av et fleksibelt materiale som f.eks. et komposittmateriale (karbonfiber/glassfiber/har-piks) og anordningen består av et stivt materiale, som f.eks. stål, kan det tillatelige moment (Mq) ved forbindelsen mellom dem være meget mindre enn i anordningen.

Der er to mulige løsninger.

Anordningen kan være lengre enn nødvendig. Alternativet er å innføre et universalledd som er flere meter langt med et konstant tverrsnitt mellom stigerøret og den bøyningsbegrens-ende anordning.

Den beste løsning med sikte på å unngå nødvendigheten av å innføre et universalledd mellom stigerøret og den bøynings-begrensende anordning er å sikre at anordningens øvre ende er minst like bøyelig som selve stigerøret. Dersom stigerøret omfatter komposittmaterialer (karbonfiber/glassfiber/harpiks), er det vanskelig å oppnå den nødvendige bøyelighet eller flek-sibilitet. Den ideelle løsning vil være å fremstille også anordningen av komposittmateriale.

I dag er det vanskelig å fremstille en slik del med den nødvendige stivhetsvariasjon.

Når det gjelder en anordning i form av et titan- eller stålelement vil den nødvendige minstetykkelse med hensyn til dets mekaniske egenskaper føre til en bøyestivhet som er meget større enn bøyestivheten ved et stigerør av komposittmateriale.

Oppfinnelsen løser dette problem ved en anordning av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav l. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått og dens fordeler klarere komme frem ut fra beskrivelsen inneholdende spesielle eksempler som er illustrert på de medfølgende figurer, innbe-fattende: - figur 1 viser skjematisk en sj©plattform, et stigerør og en anordning ifølge oppfinnelsen for å forbinde stigerøret med sjøbunnen, - figur 2 og figur 2A viser et skjematisk snitt gjennom en bøyningsbegrensende anordning ifølge oppfinnelsen, - figur 3 viser et utspilt riss av anordningen ifølge figur 2, og - figur 4 viser en utføringsform av en fot som i forbindelse med en anordning ifølge oppfinnelsen anvendes til å overføre krefter til grunnen, - figur 5 viser detaljer ved anordningen ifølge oppfinnelsen, og - figur 6 er et diagram som anskueliggjør de innledningsvis nevnte størrelser.

På figur 1 betegner henvisningstallet 1 sjøbunnen som stigerøret 2 skal festes til ved hjelp av den bøyningsbegrens-ende anordning 3 ifølge denne oppfinnelse.

Tallet 4 betegner vann-overflaten som en plattform 5, f. eks. en strekkstag 6-plattform. Stigerøret_utsettes for en trekkraft symbolisert ved pilen 8, som kan utøves fra plattformen 5.

Denne plattform og stigerøret er særlig på grunn av vind og strømmer 35, utsatt for forskyvninger symbolisert ved pile-ne 7. Disse forskyvninger forårsaker en deformasjon av stige-røret 2 av den type som er vist i figur 1. For å unngå at disse forskyvninger skal føre til hurtig brudd i stigerørets fotparti der det er innstøpt i grunnen, tilbyr denne oppfinnelse en lite plasskrevende forbindelse i form av den bøy-ningsbegrensende anordning 3.

Figur 2 viser et snitt av anordningen, omfattende to lag strimler eller skall som henholdsvis er betegnet med 9 og 10.

I det viste eksempel omfatter det første eller indre lag 9 seks strimler betegnet med henvisningstallene 9a, 9b .... 9f og det andre eller ytre lag 10 omfatter tre strimler 10a, 10b og 10c.

Det ytre lag kan med fordel omfatte strimler betegnet 10a, 10b .... 10e, 10f, som vist på figur 2A.

Selvsagt er antall strimler og antall strimler pr. lag ikke på noen måte begrensende og vil avhenge av de materialer som brukes og driftsforholdene.

Figur 3 viser de to strimmellag i utspilte riss av utsi-den.

I det på figur 3 viste eksempel har den øvre ende 11 og 12 av de forskjellige strimler i henholdsvis lagene 9 og 10 et tverrsnitt som gradvis minsker i retning bort fra sjøbunnen, dvs. i retning oppover på figur 3.

Strimlene i innerlaget 9 er høyere enn strimlene i ytter-laget 10.

Det fremgår av figur 3 at strimlene har en rett form (konstant tverrsnitt) ved sin nedre del 15 og 16 og at mellomrommene 13 og 14 mellom strimlene er anordnet mellom strimlene til et gitt lag for derved å muliggjøre fri forskyvning av noen av dem i forhold til de andre for derved å minske gnid-ningen mellom strimlene.

Av samme grunner kan mellomrommene 17 mellom strimlene holdes frie mellom inner- og ytterlagene 9, 10.

Disse strimmel- og lagmellomrom kan med fordel være fylt med et duktilt materiale 14 som f.eks. et elastomermateriale.

Henvisningstallet 19 betegner den ugjennomtrengelige foring som sikrer kontinuitet med stigerøret.

Denne f6ring kan være laget av det samme materiale som stigerøret, særlig når sistnevnte omfatter komposittmaterialer.

Det vil være fordelaktig å holde et mellomrom mellom ytterveggen til det ugjennomtrengelige lag 19 og innerstrim-lenes lag 9, og dette rom skal være fylt med et duktilt materiale 20 som tillater overføring av krefter i tverretningen. Dette materiale kan innbefatte en elastomer.

Dessuten kan dette materiale være det samme som det som opptar lag- og/eller strimmel-mellomrommene.

Dette materiale kan være støpt og/eller vulkanisert rundt strimlene og lagene 10 i den ugjennomtrengelige foring.

På eksempelet vist i figur 2 er hvert av innerlagene 9 og ytterlagene 10 stort sett innskrevet på en sylinder og er stort sett koaksial med aksen 21.

Henvisningstallet 22 betegner en rundtløpende armerings-anordning rundt de ytre strimler i det andre lag 10.

Selvsagt er det mulig å innføre et duktilt materiale, som f.eks. elastomer, mellom armeringsanordningen og det andre lag 10 i så stor grad at disse to ikke berører hverandre. Figur 4 viser et riss, delvis i snitt, av den bøynings-begrensende anordning ifølge oppfinnelsen, og svarer til detaljene vist ved D på figur 4. Figur 5 viser en metode for overføring av kreftene som virker på den bøyningsbegrensende anordning ved sjøbunnen 1.

På denne figur er bare strimlene som inngår i den bøy-ningsbegrensende anordning vist. Den ugjennomtrengelige foring danner en integrert del av stigerøret 2.

Forbindelsen mellom stigerøret og bunn-installasjonen 23 foregår via en kopling 24 som gir det avtettete rom som av-grenses av stigerørets indre kontinuitet med bunninstallasjo-nen. Trekkbelastningene overføres direkte fra stigerøret til setet via koplingen 24.

Bøyekreftene som opptas av strimlene i lagene 9 og 10 overføres til setet 25 ved hjelp av stort sett vertikale søy-ler 26. Det kan være opptil 4 av disse søyler plassert ved toppdelene av et kvadrat. Disse søyler er forbundet med minst to fastholdingsdeler 27 og 28 ved nedre ende 29 av den bøy-ningsbegrensende anordning.

Disse deler, som kan være ringer, holder den nedre ende av den bøyningsbegrensende anordning ved to forskjellige nivå-er med tilstrekkelig innbyrdes avstand til å kunne overføre i god tilstand dreiemomentet som utøves på stigerørfoten mot søylene 26 via armene 30 og til slutt søylene mot setet 25.

Dette sete kan være festet til sjøbunnen, eventuelt ved hjelp av ikke viste peler.

Det ligger innenfor rammen av denne oppfinnelse å bruke andre anordninger for overføring av dreiemomentet mellom den nedre ende av den bøyningsbegrensende anordning og sjøbunnen.

Det samme gjelder dersom strimlene er forbundet med hverandre ved deres nedre ende og særlig dersom de utgjør en del av ett og samme stykke.

Strimlene kan ha konstant tykkelse, enten de er av metall eller laget av et annet materiale med tilstrekkelig stivhet til å overføre dreiemomentet til setet 25.

Det ligger også innenfor oppfinnelsens ramme å anvende den bøyningsbegrensende anordning ved minst én av endene 31, 32, 33 eller 34 av strekkstagene 6 på figur l.

Claims (5)

1. Bøyningsbegrensende anordning for en fleksibel rørledning (2), f.eks. et stigerør (2) eller et strekkstag (6) som er anordnet mellom en installasjon på havbunnen (3) og et fartøy (5) f.eks. en strekkstagplattform (5), omfattende et antall konsentrisk i hverandre rundt ledningen eller staget anordnete skall (9, 10), hvor lengden av hvert skall langs ledningens eller stagets akse er mindre enn lengden av det radielt nærmest underliggende skall, karakterisert ved at hvert skall (9, 10) omfatter et antall rundt ledningens eller stagets omkrets sidestilte strimler (9a - 9f, 10a - 10c) hvis bredde er større ved deres endeparti nærmest installasjonen enn ved deres motsatte endeparti, idet strimlenes sistnevnte endepartier er innbyrdes adskilt slik at de ikke berø-rer hverandre.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at strimlenes (9a - 9f, 10a - 10c) endepartier lengst fra installasjonen har ogival form.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst én av strimlene (9a - 9f, 10a -10c) har stort sett konstant tykkelse.

4. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter minst to stort sett koaksiale strimmellag (9, 10).

5. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at strimlene (9a - 9f, 10a - 10c) er metalliske.