NO20100955A1

NO20100955A1 - Method and system for controlling the movements of a free-hanging pipe body

Info

Publication number: NO20100955A1
Application number: NO20100955A
Authority: NO
Inventors: Lars Pøhner
Original assignee: Aker Mh As
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-02
Also published as: CN103038438A; GB2495652A; SG186840A1; GB201223273D0; SG186476A1; CN103038438B; NO340468B1; WO2012016765A2; US20130112421A1; BR112013000070A2; WO2012016765A3; CA2804088A1

Description

Tittel: Fremgangsmåte og system for kontroll av bevegelser av et fritthengende rørlegeme Title: Method and system for controlling movements of a free-hanging pipe body

Oppfinnelsens område Field of the invention

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte, et apparat og et system for kontroll av bevegelser for et fritthengende rørlegeme som er opphengt via et koblingselement med minst ett kompensatorelement som er forbundet med et flytende fartøy (eng: vessel). Oppfinnelsen er spesielt passende for å kontrollere stigerørbevegelser i en myk hangoff-prosedyre (eng: soft hangoff procedure). The invention relates to a method, an apparatus and a system for controlling movements for a free-hanging tubular body which is suspended via a coupling element with at least one compensator element which is connected to a floating vessel (eng: vessel). The invention is particularly suitable for controlling riser movements in a soft hangoff procedure.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Ettersom undersjøiske olje- og gassfelter på store dyp er i ferd med å bli utviklet så vil installasjonene som blir benyttet ved boring og produksjon av hydrokarboner i økende grad være flytende strukturer, slik som boreskip, delvis nedsenkbare plattformer og borerigger o.s.v. Disse flytende strukturene beveger seg under påvirkning av bølger, vind og strøm. Dette betyr at rørene som forbinder den flytende strukturen med undersjøiske brønner må være tilstrekkelig fleksible og sterke for å være i stand til å bevege seg sammen med plattformen på overflaten. Fordi bevegelsene og bølgekreftene er størst på overflaten så blir også røret utsatt for de største bøyebelastningene i dette området. As underwater oil and gas fields at great depths are being developed, the installations used for drilling and production of hydrocarbons will increasingly be floating structures, such as drillships, partially submersible platforms and drilling rigs, etc. These floating structures move under the influence of waves, wind and currents. This means that the pipes connecting the floating structure to subsea wells must be sufficiently flexible and strong to be able to move with the platform on the surface. Because the movements and wave forces are greatest on the surface, the pipe is also exposed to the greatest bending loads in this area.

Stigerøret er en nøkkelkomponent når det bores i dype farvann, og en hovedbekymring for de som utfører boringen er evnen til effektivt å kjøre og hente inn igjen stigerøret, og operere det trygt i dype og ekstremt dype farvann (for eksempel 1000 - 3000 meters dybde). Alvorlige værforhold utvikles ofte raskt og gir kun kort tid til å sikre og trekke opp stigerøret. The riser is a key component when drilling in deep waters, and a major concern for those doing the drilling is the ability to efficiently run and retrieve the riser, and operate it safely in deep and extremely deep waters (eg 1000 - 3000 meters depth). . Severe weather conditions often develop quickly and give only a short time to secure and pull up the riser.

Når en flytende boreenhet opplever alvorlig vær må den på ett eller annet tidspunk koble stigerøret fra sjøbunnen og la stigerøret henge fra den flytende riggen. Frakoblingen fra sjøbunnen blir normalt utført på grunn av at riggens vertikale bevegelser er for store for strekksystemets stempelkapasitet, eller på grunn av de utilbørlige belastningsvariasjonene dette vil medføre på brønnhodet eller stigerøret. When a floating drilling unit experiences severe weather, it must at one point or another disconnect the riser from the seabed and leave the riser hanging from the floating rig. The disconnection from the seabed is normally carried out because the rig's vertical movements are too large for the tension system's piston capacity, or because of the undue load variations this will cause on the wellhead or riser.

I den tradisjonelle harde hangoff prosedyren (eng: hard hangoff procedure) henger stigerøret (frakoblet fra sjøbunnen) fra riggen, mens teleskopleddet mellom stigerøret og riggen har blitt trukket inn og låst, og strekksystemene er frigjort. I en hard hangoff blir slik fartøys(rigg) -bevegelsene overført direkte til stigerøret og kan påføre alvorlige belastninger. Den harde hangoff-prosedyren er ikke anvendbar i dype farvann fordi stigerørslengden blir veldig lang (for eksempel 1000 meter eller lenger) og stigerøret blir utsatt for høye kompresjonsbelastninger som kan forårsake utbuling (eng: buckling). In the traditional hard hangoff procedure (eng: hard hangoff procedure), the riser (disconnected from the seabed) hangs from the rig, while the telescopic joint between the riser and the rig has been retracted and locked, and the tensioning systems have been released. In a hard hangoff, the vessel (rig) movements are thus transmitted directly to the riser and can cause serious loads. The hard hangoff procedure is not applicable in deep waters because the riser length becomes very long (eg 1000 meters or longer) and the riser is exposed to high compression loads that can cause buckling.

I en myk hangoff- prosedyre - som er spesielt anvendbar for dype farvann - forblir strekksystemene og teleskopleddet aktive der strekksystemene understøtter den fritthengende stigerørsvekten fra teleskopleddet. Teleskopleddet og strekksystemene absorberer vertikale riggbevegelser, noe som vesentlig reduserer belastningsvariasjoner på stigerørsystemet. In a soft hangoff procedure - which is particularly applicable to deep waters - the tensioning systems and telescoping joint remain active where the tensioning systems support the free-hanging riser weight from the telescoping joint. The telescopic joint and tensioning systems absorb vertical rigging movements, which significantly reduces load variations on the riser system.

Resultatet av en frakobling av stigerør fra sjøbunn er normalt å ha strekksylinderne i en fullt utstrukket eller inntrukket posisjon (inntrukket for et direkte virkende strekksystem, utstrukket for et vaier-strekksystem). På dette tidspunktet må stigerøret, som er understøttet av strekksystemet, bevege seg sammen med riggen fordi strekksylinderne er i en endeposisjon. Stigerøret vil ha en ganske stor masse, med oppdriftselementer. Dette betyr at det ikke kan falle ned i vannet like raskt som riggen. Dette fenomenet er mer påtagelig ettersom vanndybden og stigerørlengden øker. Når riggen beveger seg nedover med sjøen må stigerørmassen skyves ned i sjøen, noe som resulterer i gruntvannsbøying (eng: shallow water buckling) av stigerøret. The result of a riser disconnection from the seabed is normally to have the tension cylinders in a fully extended or retracted position (retracted for a direct acting tension system, extended for a cable tension system). At this point, the riser, which is supported by the tension system, must move with the rig because the tension cylinders are in an end position. The riser will have a fairly large mass, with buoyancy elements. This means that it cannot fall into the water as quickly as the rig. This phenomenon is more noticeable as the water depth and riser length increase. When the rig moves down with the sea, the riser mass must be pushed down into the sea, which results in shallow water buckling of the riser.

I en typisk myk hangoff-prosedyre står strekksylinderne normalt i en mellomposisjon og det fritthengende stigerøret tillates å være understøttet av strekksystemene på en passiv og noe ukontrollert måte. Stigerøret har et stort masse/våtvekt-forhold og kan lett bøye seg når det utsettes for de store kompresjonsbelastningene som forårsakes ved at stigerørets øvre ende må følge riggens bevegelse. Et hovedanliggende i en myk hangoff-prosedyre er slik å unngå å overbelaste stigerøret som er forårsaket av stor nedadrettet akselerasjon som kan bøye den øvre seksjonen av det. Et annet anliggende er å forhindre at strekksylinderne å nå endeposisjonene. In a typical soft hangoff procedure, the tension cylinders are normally in an intermediate position and the free-hanging riser is allowed to be supported by the tension systems in a passive and somewhat uncontrolled manner. The riser has a large mass/wet weight ratio and can easily bend when subjected to the large compression loads caused by the upper end of the riser having to follow the movement of the rig. A major concern in a soft hangoff procedure is to avoid overloading the riser caused by large downward acceleration that may bend the upper section thereof. Another issue is preventing the tension cylinders from reaching the end positions.

Foreliggende søker har utledet og utarbeidet denne oppfinnelsen for å overvinne disse svakhetene og for å oppnå ytterligere fortrinn. The present applicant has derived and devised this invention to overcome these weaknesses and to achieve additional advantages.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Oppfinnelsen er vist ogkarakteriserti hovedkravet, mens de avhengige kravene beskriver andre karakteristika ved oppfinnelsen. The invention is shown and characterized in the main claim, while the dependent claims describe other characteristics of the invention.

Det blir derfor tilveiebrakt et apparat for å kontrollere bevegelser for et fritthengende rørlegeme som er opphengt via minst ett koblingselement ved minst ett kompensatorelement som er forbundet med en flytende fartøy, der nevnte rørlegeme strekker seg ned i vannansamling under fartøyet, kjennetegnet ved første registreringsmidler (eng: første sensing means) for å registrere (eng: sensing) dynamiske og/eller romlige parametre for kompensatorelementet og derved bevegelsene til fartøyet, andre registreringsmidler (eng: second sensing means) for registrering av dynamiske og/eller romlige parametre for koblingselementet, og derved bevegelsene for en øvre region av rørlegemet, dataprosesseringsmidler for prosessering av data fra nevnte første og andre registreringsmidler og bestemme én eller flere parametre som gjelder bevegelsen mellom fartøyet og den øvre regionen av rørlegemet, og justeringsmidler for kontrollering av i det minste stivheten og dempingen av kompensatorelementet, hvorved de aksiale belastningene som blir overført mellom kompensatoren og rørlegemet kan bli kontrollert. An apparatus is therefore provided for controlling movements of a free-hanging tubular body which is suspended via at least one coupling element by at least one compensator element which is connected to a floating vessel, where said tubular body extends down into water accumulation under the vessel, characterized by first registration means (eng : first sensing means) for recording (eng: sensing) dynamic and/or spatial parameters for the compensator element and thereby the movements of the vessel, other recording means (eng: second sensing means) for recording dynamic and/or spatial parameters for the coupling element, and thereby the movements of an upper region of the tubular body, data processing means for processing data from said first and second recording means and determining one or more parameters relating to the movement between the vessel and the upper region of the tubular body, and adjustment means for controlling at least the stiffness and damping of the compensator element , whereby the axial loads that are transferred between the compensator and the pipe body can be controlled.

I én utførelsesform omfatter det første registreringsmidlet In one embodiment, the first recording means comprises

bevegelsesregistreringsmidler for å registrere bevegelser for kompensatorelementet og slik de for fartøyet. I én utførelsesform omfatter det andre registreringsmidlet posisjonsindikatormidler for registrering av posisjonen til koblingselementet, og slik den for en øvre region av rørlegemet, med hensyn på kompensatorelementet. motion recording means for recording movements of the compensator element and thus those of the vessel. In one embodiment, the second recording means comprises position indicator means for recording the position of the coupling element, and thus that of an upper region of the pipe body, with respect to the compensator element.

I én utførelsesform omfatter det ene eller de flere parametrene som gjelder bevegelsen mellom fartøyet og den øvre regionen av rørlegemet akselerasjon. In one embodiment, the one or more parameters relating to the movement between the vessel and the upper region of the tubular body include acceleration.

Kompensatorelementet omfatter fortrinnsvis en hydraulisk sylinder forbundet via en første fluidlinje til en akkumulator, og et første ventilmiddel for å kontrollere strømningen i første fluidlinje og et første trykkregistreringsmiddel for å registrere trykket i nevnte hydrauliske fluid. Fortrinnsvis er minst én trykkbeholder (eng: pressure vessel) fluidkoblet til akkumulatoren via en andre fluidlinje og regulatormidler, og omfatter ytterligere et andre trykkregistrerende middel, hvorved trykket som utøves på det hydrauliske fluidet i akkumulatoren av en trykksatt gass i trykkbeholderen kan være kontrollert. The compensator element preferably comprises a hydraulic cylinder connected via a first fluid line to an accumulator, and a first valve means for controlling the flow in the first fluid line and a first pressure recording means for recording the pressure in said hydraulic fluid. Preferably, at least one pressure vessel (eng: pressure vessel) is fluidly connected to the accumulator via a second fluid line and regulator means, and further comprises a second pressure recording means, whereby the pressure exerted on the hydraulic fluid in the accumulator by a pressurized gas in the pressure vessel can be controlled.

I én utførelsesform er en varmeveksler med en kjølekrets termisk forbundet med den første fluidlinjen, hvorved hydraulisk fluid i den første fluidlinjen kan bli avkjølt i varmeveksling med et kjølefluid. In one embodiment, a heat exchanger with a cooling circuit is thermally connected to the first fluid line, whereby hydraulic fluid in the first fluid line can be cooled in heat exchange with a cooling fluid.

Det er også tilveiebrakt et system for å kontrollere bevegelser for et fritthengende rørlegeme, der et flertall av apparater ifølge oppfinnelsen er forbundet med rørlegemet via respektive kompensatorelementer arrangert i et symmetrisk mønster rundt rørlegemet, og som ytterligere omfatter et vanlig dataprosesseringsmiddel og et vanlig brukergrensesnitt, hvorved bevegelsene for det fritthengende rørlegemet kan bli kontrollert ved en selektiv manipulering av de individuelle apparatene. There is also provided a system for controlling movements for a free-hanging pipe body, where a plurality of devices according to the invention are connected to the pipe body via respective compensator elements arranged in a symmetrical pattern around the pipe body, and which further comprises a common data processing means and a common user interface, whereby the movements of the suspended tubular body can be controlled by a selective manipulation of the individual devices.

Det er også tilveiebrakt en fremgangsmåte for å kontrollere bevegelser for et fritthengende rørlegeme som er opphengt via et koblingselement ved minst ett kompensatorelement som er forbundet til et flytende fartøy, der nevnte rørlegeme strekker seg ned i en vannansamling under fartøyet, kjennetegnet ved å samle inn bevegelsesdata for fartøyet, samle inn bevegelsesdata for den øvre regionen av rørlegemet med hensyn på kompensatorelementet, prosessere nevnte bevegelsesdata for fartøyet og nevnte bevegelsesdata for den øvre regionen av rørlegemet og bestemme en eller flere parametre som gjelder bevegelse mellom fartøyet og den øvre regionen av rørlegemet, basert på slike data, kontrollere i det minste stivheten og dempingen av kompensatorelementet, hvorved de aksiale belastningene som blir overført mellom kompensatoren og rørlegemet kan bli kontrollert. Also provided is a method for controlling movements of a free-hanging pipe body which is suspended via a coupling element by at least one compensator element which is connected to a floating vessel, where said pipe body extends down into an accumulation of water under the vessel, characterized by collecting movement data for the vessel, collect movement data for the upper region of the tubular body with respect to the compensator element, process said movement data for the vessel and said movement data for the upper region of the tubular body and determine one or more parameters relating to movement between the vessel and the upper region of the tubular body, based on such data, check at least the stiffness and damping of the compensator element, whereby the axial loads transmitted between the compensator and the pipe body can be checked.

I én utførelsesform omfatter innsamlingen av bevegelsesdata for fartøyet å registrere bevegelser for fartøyet. I én utførelsesform omfatter innsamlingen av data for den øvre regionen av rørlegemet å registrere posisjonen for en øvre del av rørlegemet med hensyn på kompensatorelementet. In one embodiment, the collection of movement data for the vessel comprises recording movements for the vessel. In one embodiment, the collection of data for the upper region of the tubular body comprises recording the position of an upper part of the tubular body with respect to the compensator element.

I én utførelsesform omfatter fremgangsmåten ytterligere registreringen av et første trykk i en hydraulisk sylinder forbundet mellom rørlegemet og fartøyet, der nevnte hydrauliske sylinder er forbundet via en første fluidlinje til en akkumulator, og registreringen av et andre trykk i akkumulatoren utøvd av minst én trykkbeholder fluid forbundet med akkumulatoren via en andre fluidlinje og regulatormidler. In one embodiment, the method further comprises the recording of a first pressure in a hydraulic cylinder connected between the pipe body and the vessel, where said hydraulic cylinder is connected via a first fluid line to an accumulator, and the recording of a second pressure in the accumulator exerted by at least one pressure vessel fluid connected with the accumulator via a second fluid line and regulator means.

Reduksjonen i luftvolum er en avveining med virkningen av en myk hangoff-virkning. For den beste mulige myke hangoff-virkningen bør luftvolumet være uendelig. Med et uendelig luftvolum og friksjonsløst strekksystem vil stigerøret i teorien stå stille i vannet. Dersom systemet ikke er korrekt justert kan resultatet bli en rigg og et stigerør i motsatt bevegelse. Resultatet av dette vil være at strekksylinderne benytter en stor del av sin slaglengdekapasitet. Dersom den relative bevegelsen mellom stigerøret og riggen er for stor vil sylinderne nå sin endeposisjon for hver bølgetopp og bølgebunn. Dersom luftvolumet blir redusert vil stigerørsbevegelsen øke. Dette er ikke hensiktsmessig for stigerøret fordi en høy vertikal akselerasjon kan føre til bøyning i den øvre delen av stigerøret. The reduction in air volume is a trade-off with the effect of a soft hangoff effect. For the best possible soft hangoff effect, the air volume should be infinite. With an infinite air volume and frictionless tension system, the riser will in theory stand still in the water. If the system is not correctly adjusted, the result can be a rig and a riser moving in the opposite direction. The result of this will be that the tension cylinders use a large part of their stroke length capacity. If the relative movement between the riser and the rig is too great, the cylinders will reach their end position for each wave crest and trough. If the air volume is reduced, the riser movement will increase. This is not appropriate for the riser because a high vertical acceleration can lead to bending in the upper part of the riser.

Ved å sette opp systemet korrekt med de mulighetene som tilveiebringes av strekksystemet vil det synkronisere rigg- og stigerørbevegelsene og danne en dempeeffekt for stigerøret. Dette blir utført ved å finne den korrekte kombinasjonen av: By setting up the system correctly with the possibilities provided by the tension system, it will synchronize the rig and riser movements and create a damping effect for the riser. This is done by finding the correct combination of:

- lufttrykk, - air pressure,

luftvolum, air volume,

struping av oljestrømning for å danne en dempeeffekt. Dette kan bli utført som en fastsatt struping eller den kan varieres over tid basert på kjente parametre slik som: throttling of oil flow to form a dampening effect. This can be performed as a fixed throttling or it can be varied over time based on known parameters such as:

- variasjoner i systemtrykk, - variations in system pressure,

- sylinderposisjon, - cylinder position,

- sylinderhastighet, - cylinder speed,

- akselerasjoner, - accelerations,

- eller andre parametre basert på målte data. - or other parameters based on measured data.

Kontrollsystemet kan bli satt opp slik at det er selvjusterende eller det kan være en fastsatt løsning for alle kombinasjoner av hiv (engelsk: heave)- og stigerørkonfigurasjoner. The control system can be set up to be self-adjusting or it can be a fixed solution for all combinations of heave and riser configurations.

Med oppfinnelsen er det mulig å overvåke og kontrollere bevegelsene for et fritthengende stigerør med hensyn på en rigg i bevegelse. Bevegelsen til stigerøret kan bli målt nøyaktig, og det er ikke lenger nødvendig å stole på kun visuelle observasjoner, fra en plattform i bevegelse (stampende og rullende) (eng: heaving and rolling), av bevegelsene til toppen av stigerøret. With the invention, it is possible to monitor and control the movements of a free-hanging riser with respect to a rig in motion. The movement of the riser can be accurately measured, and it is no longer necessary to rely only on visual observations, from a platform in motion (heaving and rolling), of the movements to the top of the riser.

Med kompensatorsystemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan kompensatorsylinderne bli holdt i en midtre slagposisjon som et fleksibelt element mellom riggen og stigerøret, hvorved stigerørbevegelsen blir vesentlig redusert og bøyning av stigerøret forhindret. With the compensator system and the method according to the invention, the compensator cylinders can be held in a middle stroke position as a flexible element between the rig and the riser, whereby the riser movement is significantly reduced and bending of the riser prevented.

Kort beskrivelse av figurene Brief description of the figures

Disse og andre karakteristika vil være klare ut fra den følgende beskrivelsen av en foretrukket form av utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med referanse til de tilhørende figurene der: Figur 1 er en skjematisk fremstilling av et fritthengende stigerør opphengt fra en flytende rigg via kompensatorer, Figur 2 er en skjematisk fremstilling av et antall kompensasjonssystemer ifølge oppfinnelsen, forbundet med et stigerør via en strekkring, Figur 3 er et blokkdiagram som viser kompensasjonssystemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Figur 4 er en illustrasjon på et direkte virkende strekksystem, med hvilket oppfinnelsen kan bli utøvd, og Figur 5 er en skjematisk fremstilling av et vaierlinjestrekksystem, med hvilket oppfinnelsen kan bli utøvd. These and other characteristics will be clear from the following description of a preferred form of embodiment, given as a non-limiting example, with reference to the accompanying figures therein: Figure 1 is a schematic representation of a free-hanging riser suspended from a floating rig via compensators, Figure 2 is a schematic representation of a number of compensation systems according to the invention, connected to a riser via a tension ring, Figure 3 is a block diagram showing the compensation system and the method according to the invention, Figure 4 is an illustration of a directly acting tension system, with which the invention can be practiced, and Figure 5 is a schematic representation of a cable line tension system, with which the invention can be practiced.

Detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelsesform Detailed description of a preferred embodiment

Figur 1 viser en borerigg 2, som flyter i vann og som generelt er utsatt for vannbølger W, vannstrømmer og vindbelastninger. Et fritthengende stigerør 4 er opphengt i riggen 2 via kompensatorer 7.1 den illustrerte utførelsesformen blir stigerørstrekksystemer benyttet som kompensatorer. Et teleskopledd 5 tillater relativ bevegelse mellom stigerøret og riggen. Bevegelsene (for eksempel med bølgene) Figure 1 shows a drilling rig 2, which floats in water and which is generally exposed to water waves W, water currents and wind loads. A free-hanging riser 4 is suspended in the rig 2 via compensators 7. In the illustrated embodiment, riser tension systems are used as compensators. A telescopic joint 5 allows relative movement between the riser and the rig. The movements (for example with the waves)

(eng: heave) for riggen er illustrert ved den doble pilen betegnet H, mens stigerørdynamikken er illustrert med en dobbel pil betegnet R. Figur 1 viser et mykt hangoff-modus for stigerøret. (eng: heave) for the rig is illustrated by the double arrow denoted H, while the riser dynamics is illustrated by a double arrow denoted R. Figure 1 shows a soft hangoff mode for the riser.

Kompensasjonsapparatet 1 som kontrollerer stivheten og responsen for hver respektiv kompensator 7 vil nå bli beskrevet med referanse til figur 3. The compensation device 1 which controls the stiffness and response of each respective compensator 7 will now be described with reference to figure 3.

Kompensatoren 7 omfatter et hus som er forbundet med riggen 2, og et stempel 24a med en stempelstang 24b som er forbundet med stigerøret (skjematisk illustrert), som med en konvensjonell strekksylinder. En akkumulator 26 forsyner hydraulisk fluid 14 til kompensatoren 7 via en hydraulisk linje 35, som er kontrollert via en ventil 25, som fortrinnsvis er en proporsjonelt kontrollert stengeventil. Trykk i det hydrauliske systemet blir overvåket av en første trykkoverfører 27. The compensator 7 comprises a housing which is connected to the rig 2, and a piston 24a with a piston rod 24b which is connected to the riser (schematically illustrated), as with a conventional tension cylinder. An accumulator 26 supplies hydraulic fluid 14 to the compensator 7 via a hydraulic line 35, which is controlled via a valve 25, which is preferably a proportionally controlled shut-off valve. Pressure in the hydraulic system is monitored by a first pressure transmitter 27.

En gass (vanligvis luft) blir tilført inn i akkumulatoren 26 via tilførselslinjer 31 som er forbundet med trykkbeholdere 33a-d. I figur 3 tilfører totalt fire trykkbeholdere, som er kontrollert via respektive ventiler 29, trykksatt luft inn i akkumulatoren 26. Trykk i gassystemet (luft) blir overvåket med en andre trykkoverfører (eng: pressure transmitter) 28. Ytterligere luft kan bli tilført systemet fra et reservoar 32, og overskuddsluft kan bli ventilert ut via det ventilkontrollerte luftutløpet 30, når dette er nødvendig. Trykket i beholderne 33a-d er normalt og ideelt konstant, men tilførsel eller ventilering av luft kan være nødvendig på grunn av for eksempel temperaturvariasjoner i luftsystemet. A gas (usually air) is supplied into the accumulator 26 via supply lines 31 which are connected to pressure vessels 33a-d. In Figure 3, a total of four pressure vessels, which are controlled via respective valves 29, supply pressurized air into the accumulator 26. Pressure in the gas system (air) is monitored with a second pressure transmitter (eng: pressure transmitter) 28. Additional air can be supplied to the system from a reservoir 32, and excess air can be vented out via the valve-controlled air outlet 30, when this is necessary. The pressure in the containers 33a-d is normally and ideally constant, but supply or ventilation of air may be necessary due to, for example, temperature variations in the air system.

Kompensasjonsapparatet 1 omfatter ytterligere en Bevegelsesreferanseenhet (Motion Reference Unit [MRU]) 36 som er forbundet med kompensatorhuset og slik registrerer bevegelsen for kompensatoren 7. MRU-enheten kan omfatte et akselerometer eller et treghetssystem, som per se er kjent på fagområdet. En posisjons indikator 21, som er montert på riggen, overvåker bevegelsene for kompensatorsylinderstangen 24b (og dermed stigerørstoppen). Posisjonsindikatoren 21 kan være en optisk indikator, en elektromagnetisk registreringsinnretning, eller enhver annen posisjonsindikator som er kjent på fagområdet. The compensation device 1 further comprises a Motion Reference Unit (Motion Reference Unit [MRU]) 36 which is connected to the compensator housing and thus registers the movement of the compensator 7. The MRU unit may comprise an accelerometer or an inertial system, which per se is known in the field. A position indicator 21, which is mounted on the rig, monitors the movements of the compensator cylinder rod 24b (and thus the riser stop). The position indicator 21 can be an optical indicator, an electromagnetic recording device, or any other position indicator known in the field.

Kompensasjonsapparatet 1 omfatter ytterligere en sentral prosesseringsenhet (CPU) 22 som samler inn og prosesserer data og kontrollerer systemet. Datalinjer mellom CPU 22 og de ulike komponentene er vist med prikkede linjer i figur 3. Kontroll-input data til CPU'en blir tilveiebrakt via et brukergrensesnitt 37 (en terminal eller tilsvarende), og relevante data (for eksempel rigg- og stigerørdynamikk) kan også bli presentert via brukergrensesnittet. The compensation device 1 further comprises a central processing unit (CPU) 22 which collects and processes data and controls the system. Data lines between the CPU 22 and the various components are shown by dotted lines in Figure 3. Control input data to the CPU is provided via a user interface 37 (a terminal or equivalent), and relevant data (for example, rig and riser dynamics) can also be presented via the user interface.

Under operasjon blir riggbevegelser beregnet av CPU'en 22, basert på for eksempel posisjonsdata fra posisjonsindikatoren 21 og bevegelsesdata fra MRU 36. Akselerasjonen blir beregnet av CPU'en basert på data fra MRU'en som reelt sett indikerer bevegelsen for sylinderrøret pluss eller minus bevegelsen som er målt av posisjonsindikatoren 21. Ved å addere disse to bevegelsene blir bevegelsen på toppen av stigerøret beregnet. During operation, rig movements are calculated by the CPU 22, based on, for example, position data from the position indicator 21 and movement data from the MRU 36. The acceleration is calculated by the CPU based on data from the MRU which actually indicates the movement of the cylinder tube plus or minus the movement which is measured by the position indicator 21. By adding these two movements, the movement at the top of the riser is calculated.

Brukergrensesnittet 37 kan for eksempel vise akselerasjon på toppen av stigerøret og maksimal/minimal slaglengde for kompensatorsylinderen 24b. The user interface 37 can, for example, show acceleration at the top of the riser and maximum/minimum stroke length for the compensator cylinder 24b.

Ved å benytte de innsamlede data kan CPU'en (alene eller assistert av input via bruker-grensesnittet) tilveiebringe kontrollsignaler til systemet (for eksempel ventiler 25, 29) og dermed justere parametre for å oppnå det best mulige resultatet/kombinasjonen av akselerasjon og slag innenfor begrensningene som er gitt ved riggbevegelsen. Eksempler på kontrollerbare systemparametre er trykk, stivhet og demping. By using the collected data, the CPU (alone or assisted by input via the user interface) can provide control signals to the system (for example valves 25, 29) and thus adjust parameters to achieve the best possible result/combination of acceleration and stroke within the limitations given by the rigging movement. Examples of controllable system parameters are pressure, stiffness and damping.

Kompensasjonsapparattrykket bør bli justert til våtvekten av stigerøret. Vekten av systemet blir målt med den første trykkoverføreren 27 (nærmest sylinderen i rørsystemet). Trykket som blir registrert av den første trykkoverføreren 27 vil i kombinasjon med den registrerte stangposisjonen og systemstivheten bli benyttet for å fastsette systemtrykket, d.v.s. ved å kontrollere trykkbeholderne. Fordi kompensasjonssylinderen er i konstant bevegelse kan det ta noe tid og iterasjon for CPU'en å finne balansen. Som beskrevet ovenfor blir systemtrykket justert ved å ventilere ut luft, dersom trykket skal reduseres, eller ved tilførsel av luft i systemet ved å åpne fra standby-trykkbeholderen 32 dersom luft skal tilføres. The compensator pressure should be adjusted to the wet weight of the riser. The weight of the system is measured with the first pressure transmitter 27 (closest to the cylinder in the pipe system). The pressure that is registered by the first pressure transmitter 27 will be used in combination with the registered rod position and the system stiffness to determine the system pressure, i.e. by checking the pressure vessels. Because the compensation cylinder is in constant motion, it may take some time and iteration for the CPU to find the balance. As described above, the system pressure is adjusted by venting out air, if the pressure is to be reduced, or by supplying air in the system by opening from the standby pressure vessel 32 if air is to be supplied.

Systemtrykk kan også måtte bli justert over tid på grunn av temperaturendringer i gassen. System pressure may also need to be adjusted over time due to temperature changes in the gas.

Stivheten til kompensasjonsapparatet kan bli justert ved å kontrollere antallet åpne trykkbeholdere 33a-d, d.v.s. ved å kontrollere luftvolumet i systemet. Dersom det er ønskelig å øke kompensatorstivheten (d.v.s. fjærkonstanten) blir antallet åpne trykkbeholdere redusert, noe som til sist reduserer mengden slag på kompensatorsylinderen. En annen konsekvens av å øke stivheten er at den totale stigerørbevegelsen vil øke. Dette betyr at de ytre grensene for valg av antall trykkbeholdere som skal være åpne på den ene siden er sylinderbevegelse og på den andre siden stigerørakselerasjonen. Hver trykkbeholder er utstyrt med en isoleringsventil 29 og kan kun ha funksjonen helt åpen eller helt lukket. The stiffness of the compensation device can be adjusted by controlling the number of open pressure vessels 33a-d, i.e. by controlling the air volume in the system. If it is desired to increase the compensator stiffness (i.e. the spring constant), the number of open pressure vessels is reduced, which ultimately reduces the amount of stroke on the compensator cylinder. Another consequence of increasing the stiffness is that the total riser movement will increase. This means that the outer limits for choosing the number of pressure vessels that should be open are, on the one hand, cylinder movement and, on the other hand, the riser acceleration. Each pressure vessel is equipped with an isolation valve 29 and can only have the function fully open or fully closed.

Stivheten til kompensasjonsapparatet kan bli justert ved å velge antallet åpne lufttrykksbeholdere per sylinder 7. Dette kan bli gjort i trinn på 1, fra ingen (null) flasker åpne til alle (fire) flasker åpne. Med alle flaskene åpne er systemet mykt og stigerøret vil bevege seg mindre relativt til riggen, men dette kan gjøre at sylinderne bunner dersom været er ille nok. Med færre flasker åpne øker stivheten og stigerøret vil bedre følge riggbevegelsene. The stiffness of the compensator can be adjusted by selecting the number of open air pressure containers per cylinder 7. This can be done in steps of 1, from no (zero) bottles open to all (four) bottles open. With all the bottles open, the system is soft and the riser will move less relative to the rig, but this can cause the cylinders to bottom if the weather is bad enough. With fewer bottles open, stiffness increases and the riser will better follow rig movements.

Med referanse til figurene 2, 4 og 5, så blir dynamikken til et stigerør fortrinnsvis kompensert av et kompensatorsystem som omfatter et flertall av kompensasjonsapparater 1 som beskrevet ovenfor. Figur 2 illustrerer skjematisk ett slikt kompensatorsystem, der seks kompensatorapparater 1 med respektive kompensatorsylindre 7 er arrangert rundt stigerøret i et symmetrisk mønster, der alle er forbundet med en stigerørsstrekkring 8 som understøtter stigerøret 4. De mekaniske og hydrauliske systemene for hver kompensatorsylinder 7 er som beskrevet ovenfor, men er fortrinnsvis kontrollert med en vanlig CPU 22' og et vanlig brukergrensesnitt 37'. De brutte linjene i figur 2 indikerer dataoverføringslinjer. I slike systemer kan antallet trykkbeholdere 33 i hvert apparat 1 variere. I konfigurasjonen der én kompensator 7 er kontrollert av fire trykkbeholdere 33a-d (figur 3) kan for eksempel stivheten og dempingen bli kontrollert i trinn på lA. I konfigurasjonen som er vist i figur 2 er trinn på 1/24 mulig dersom hvert apparat 1 omfatter fire trykkbeholdere. Kompensatorene i de ulike kompensatorapparatene kan bli kontrollert uavhengig av hverandre. I praktisk utførelse blir likevel kompensatorene operert med en viss symmetri rundt stigerøraksen. Figur 4 er en illustrasjon på et direkte virkende strekksystem, med hvilket oppfinnelsen kan bli benyttet. Et antall strekksylindre, som i systemet ifølge oppfinnelsen virker som kompensatorsylindre 7, er opphengt fra en ramme 23 som understøttet av boredekket 9. Hver frie sylinderstangende 24b er forbundet med en strekkring 8 som i sin tur er forbundet med stigerøret. Hver kompensatorsylinder 7 er forbundet med et system med trykkbeholdere 33 og andre komponenter som beskrevet ovenfor med referanse til figur 3. Figur 5 er en illustrasjon på et vaierlinje-strekksystem, med hvilket oppfinnelsen kan bli benyttet. Et antall strekksylindre, som i systemet ifølge oppfinnelsen virker som kompensatorsy lindre 7, er i en ende forbundet med et boredekk 9 og hver frie sylinderstangende 24b er forbundet med blokkskiver som opererer et flertall med vaiere 10, som løper gjennom ledeblokkskiver 11 og til toppen av stigerøret 4, på en måte som er kjent per se. Hver frie sylinderstangende 24b er forbundet med en strekkring 8 som i sin tur er forbundet med stigerøret 4. Hver kompensatorsylinder 7 er forbundet med et system av trykkbeholdere 33 og andre komponenter som beskrevet ovenfor med referanse til figur 3. With reference to Figures 2, 4 and 5, the dynamics of a riser is preferably compensated by a compensator system comprising a plurality of compensation devices 1 as described above. Figure 2 schematically illustrates one such compensator system, where six compensator devices 1 with respective compensator cylinders 7 are arranged around the riser in a symmetrical pattern, where all are connected by a riser tension ring 8 which supports the riser 4. The mechanical and hydraulic systems for each compensator cylinder 7 are as described above, but is preferably controlled with a conventional CPU 22' and a conventional user interface 37'. The broken lines in Figure 2 indicate data transmission lines. In such systems, the number of pressure vessels 33 in each device 1 can vary. In the configuration where one compensator 7 is controlled by four pressure vessels 33a-d (Figure 3), for example, the stiffness and damping can be controlled in steps of 1A. In the configuration shown in Figure 2, steps of 1/24 are possible if each device 1 comprises four pressure vessels. The compensators in the various compensator devices can be controlled independently of each other. In practical implementation, however, the compensators are operated with a certain symmetry around the riser axis. Figure 4 is an illustration of a direct acting tension system, with which the invention can be used. A number of tension cylinders, which in the system according to the invention act as compensator cylinders 7, are suspended from a frame 23 which is supported by the drill deck 9. Each free cylinder rod end 24b is connected to a tension ring 8 which in turn is connected to the riser. Each compensator cylinder 7 is connected to a system of pressure vessels 33 and other components as described above with reference to figure 3. Figure 5 is an illustration of a cable line tension system with which the invention can be used. A number of tension cylinders, which in the system according to the invention act as compensation cylinders 7, are connected at one end to a drill deck 9 and each free cylinder rod end 24b is connected to block washers that operate a plurality of wires 10, which run through guide block washers 11 and to the top of the riser 4, in a manner known per se. Each free cylinder rod end 24b is connected to a tension ring 8 which in turn is connected to the riser 4. Each compensator cylinder 7 is connected to a system of pressure vessels 33 and other components as described above with reference to figure 3.

Slik kan hvert kompensasjonsapparat 1 ha et flertall av trykkbeholdere, for eksempel alt fra to til åtte trykkbeholdere per kompensatorsylinder 7. Antallet trykkbeholdere som er åpne for hver individuelle sylinder 7 behøver ikke være det samme i hele systemet. Med denne kombinasjonen kan man effektivt justere systemstivheten i mindre fraksjoner av det totale systemtrykkvolumet. Thus, each compensation device 1 can have a plurality of pressure vessels, for example anywhere from two to eight pressure vessels per compensator cylinder 7. The number of pressure vessels that are open for each individual cylinder 7 need not be the same throughout the system. With this combination, one can effectively adjust the system stiffness in smaller fractions of the total system pressure volume.

Systemdemping kan bli justert på den proporsjonalt kontrollerte stengeventilen 25, som er arrangert i oljestrømmen mellom kompensatorsylinderen 7 og oljeakkumulatoren 26 (se figur 3). Dempeeffekten vil hjelpe til i å unngå resonansfrekvenser og tvinge stigerøret til å følge riggbevegelsen. Derom disse to bevegelsene ikke er synkroniserte vil effekten være overdrevne utslag for kompensatorsylindrene. Økt demping vil øke stigerørakselerasjon mens redusert demping kan føre til resonans eller synkroniseringsfeil. Strupingen av den proporsjonalt kontrollerte stengeventilen 25 behøver ikke være fastsatt på et konstant forhold, den kan måtte bli aktivt justert over hver stige/synke-periode til hver akselerasjon, hastighet, sylinderposisjon, sylinderretning eller en kombinasjon av disse. Slik kan struping av oljestrømningen bli utført som en fastsatt struping eller kan bli utført over tid basert på kjente parametre. System damping can be adjusted on the proportionally controlled shut-off valve 25, which is arranged in the oil flow between the compensator cylinder 7 and the oil accumulator 26 (see figure 3). The damping effect will help to avoid resonance frequencies and force the riser to follow the rig movement. If these two movements are not synchronized, the effect will be exaggerated results for the compensator cylinders. Increased damping will increase riser acceleration while reduced damping can lead to resonance or synchronization errors. The throttling of the proportionally controlled shut-off valve 25 need not be fixed at a constant ratio, it may have to be actively adjusted over each rise/fall period to each acceleration, speed, cylinder position, cylinder direction or a combination of these. In this way, throttling of the oil flow can be carried out as a fixed throttling or can be carried out over time based on known parameters.

Struping av den proporsjonalt kontrollerte stengeventilen vil slik øke dempingseffekten som ellers kun genereres ved den naturlige strømningsbegrensningen og forseglingsfriksjonen. Dette kan bli utført enten ved å fastsette ventilen i en fast posisjon eller den kan kontrolleres aktivt med en variabel struping relativt i forhold til hvert utslag eller hastighet (eller en kombinasjon) eller den kan variere med tilbaketrekking eller utstrekking. Throttling the proportionally controlled shut-off valve will thus increase the damping effect which is otherwise only generated by the natural flow restriction and sealing friction. This can be done either by fixing the valve in a fixed position or it can be actively controlled with a variable throttle relative to each stroke or speed (or a combination) or it can vary with retraction or extension.

Dersom den proporsjonalt kontrollerte stengeventilen 25 er fastsatt på et konstant forhold (fastsatt posisjon) bør den fastsettes på en dempeeffekt som er lavere enn frigjøringstrykket for ventilen 25, fordi en frigjøringsventil (ikke vist) ellers ville kunne gjenåpne stengeventilen 25. If the proportionally controlled shut-off valve 25 is fixed at a constant ratio (fixed position) it should be set at a damping effect that is lower than the release pressure of the valve 25, because a release valve (not shown) would otherwise be able to reopen the shut-off valve 25.

Struping av den proporsjonalt kontrollerte stengeventilen 25 vil generere varme fordi ventilen absorberer energi fra de relative bevegelsene mellom rigg og stigerør. Den hydrauliske linjen 35 er derfor fordelaktig og eventuelt tilveiebrakt med en varmeveksler 15 (se figur 3) som avkjøler det hydrauliske fluidet 14. Varmen som overføres fra det hydrauliske fluidet og til kjølemediet kan bli overført ved varmeveksling med sjøvann eller (fortrinnsvis) med systemer på riggen. Throttling of the proportionally controlled shut-off valve 25 will generate heat because the valve absorbs energy from the relative movements between rig and riser. The hydraulic line 35 is therefore advantageous and possibly provided with a heat exchanger 15 (see figure 3) which cools the hydraulic fluid 14. The heat that is transferred from the hydraulic fluid and to the coolant can be transferred by heat exchange with seawater or (preferably) with systems of the rig.

Justering av lufttrykket, luftvolumet og olje strømningen forhindrer slik at sylindrene når fullt utslag, forhindrer bøyning av stigerøret og unngår resonans mellom stigerøret og riggen. Adjusting the air pressure, air volume and oil flow prevents the cylinders from reaching full extension, prevents bending of the riser and avoids resonance between the riser and the rig.

Claims

1. Apparatus (1) for controlling movements for a free-hanging pipe body (4) which is suspended via at least one coupling element (8) with at least one compensator element (7) which is connected to a floating vessel (2), where said pipe body extends into an accumulation of water under the vessel, characterized by first recording means (36) for recording dynamic or spatial parameters for the coupling element and such for the vessel (2), second recording means (21) for recording dynamic and/or spatial parameters for the coupling element (8), and such for an upper region of the pipe body, data processing means (22) for processing data delivered from said first and second recording means (36, 21) and determining one or more parameters relating to the movement between the vessel and the upper region of the tubular body, and adjusting means (24a,b, 25, 26, 29, 33a-d) for controlling at least the stiffness and damping of the compensator element (7), whereby the axial loads that are transferred between the compensator and the pipe body can be controlled.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first recording means (36) comprises movement recording means (36) for recording movements for the compensator element and thereby the movements for the vessel (2).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the second recording means (21) comprises position indicator means (21) for recording the position of the coupling element (8), and thereby that of an upper region of the pipe body, with regard to the compensator element.

4. Apparatus according to any of the preceding claims, characterized in that said one or more parameters relating to the movement between the vessel and the upper region of the pipe body include acceleration.

5. Apparatus according to any of the preceding claims, characterized in that the compensator element comprises a hydraulic cylinder (7) connected via a first fluid line (35) to an accumulator (26), and a first valve means (25) for controlling the flow in said first fluid line, and a first pressure recording means (27) for registration of the pressure in said hydraulic fluid.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that it further comprises at least one pressure vessel (33 a-d) fluidly connected to at least one pressure vessel (33a-d) fluidly connected to the accumulator (26) via a second fluid line (31) and regulator means (29), and which further comprises a second pressure recording means ( 28), whereby the pressure exerted on the hydraulic fluid in the accumulator by a pressurized gas in the pressure vessel can be controlled.

7. Apparatus according to any of the preceding claims, characterized in that it further comprises a heat exchanger (15) with a cooling circuit (16), thermally connected to the first fluid line (35), whereby hydraulic fluid in the first fluid line can be cooled in heat exchange with a cooling fluid.

8. System for controlling movements for a free-hanging pipe body (4), characterized in that a plurality of devices (1) according to any of claims 1-7 are connected to the pipe body (4) via respective compensator elements (7) arranged in a symmetrical pattern around the pipe body, and which further comprises a common data processing means (22') and a common user interface (37'), whereby the movements of the free-hanging pipe body can be controlled by selective manipulation of the individual devices (1).

9. Method for controlling movements for a free-hanging pipe body (4) which is suspended via a coupling element (8) by at least one compensator element (7) which is connected to a floating vessel (2), where said pipe body extends down into a water reservoir under the vessel, characterized by collecting movement data for the vessel (2), collecting movement data for the upper region of the pipe body with respect to the compensator element, processing said movement data for the vessel and said movement data for the upper region of the pipe body and determining one or more parameters relating to the movement between the vessel and the upper region of the tubular body, and based on such data, control at least the stiffness and damping of the compensator element, whereby the axial loads transmitted between the compensator and the tubular body can be controlled.

10. Method according to claim 9, characterized in that the collection of movement data for the vessel includes recording of movements for the vessel (2).

11. Method according to claim 9 or claim 10, characterized in that the collection of the movement data for the upper region of the tubular body comprises recording the position of an upper part of the tubular body with respect to the compensator element.

12. Method according to claim 11, characterized in that it further comprises the registration of a first pressure in a hydraulic cylinder (7) connected between the pipe body (4) and the vessel (2), where said hydraulic cylinder is connected via a first fluid line (35) to an accumulator (26), and the registration of a second pressure in the accumulator exerted by at least one pressure vessel (33a-d) fluidly connected to the accumulator (26) via a second fluid line (31) and regulator means (29).