NO20131234A1 - Anordning for datastyrt kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng mellom flytende borerigg og bunnfast installasjon.

Bakgrunn

Ved boring offshore er det blitt vanlig å benytte flytende borerigger som i det minste under selve boreoperasjonen er fast festet til en bunnfast installasjon der hvor boret penetrerer havbunnen. For formålet av å kompensere for bølgebevirkede avstandsendringer, det vil si vertikale endringer i avstand fra havbunn til den flytende borerigg, benyttes det en såkalt hivkompensering som er i kontinuerlig virksomhet. Imidlertid vil en slik kompensering før eller senere kunne svikte, og det er daønskelig, og etter hvert et krav, at det finnes en reserveording som sikrer at utstyret ikke slites i filler av kreftene fra bølgene dersom den primære hivkompensering av en eller annen grunn slutter å fungere.

Fra WO publikasjon 2011074984 er det kjent et system for å håndtere det ovenfor nevnte problem, omfattende en utløsermodul for innfesting av en rørstreng i en hivkompensert, lastbærende enhet anordnet på en flytende installasjon, idet to eller flere hydraulikk-sylinderenheter danner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, lastbærende enhet og et parti av rørstrengen. Hydraulikksylinderenheten forutsettes å ha fluid kommunikasjon med en akkumulatorenhet og det er behov for hydraulikk- og akkumulatorfluidledninger som føres mellom hydraulikksylinderenheten og et gassreservoar på en egnet måte. Ulempe med denne løsning er at akkumulatorer ikke er anordnet på den hivkompenserte enhet. Det gir større risiko for sikkerhetsbrudd, da fluidkommunikasjonsledning er utsatt for ytre elementer som kan deformere eller slite denne i filler.

Installasjonstiden for den beskrevne hivkompenserte enhet kan være uforholdsmessig lang og det eksisterer fare for feil installasjon på grunn av antallet komponenter i systemet. Eventuelle feil vil kunne føre til stans i den aktuelle flytende installasjon og skade på utstyret.

Fra EP 1 428 973 er det kjent en portabel hiv-kompensator for bruk på borestreng mellom en flytende borerigg og en bunnfast installasjon. Den gir strekkraft for å støtte borestrengen og tillater borefartøyet å forbli festet til borestrengen under endringer forårsaket av bølger eller andre endringer av overflatenivå. Den omfatter en hydraulisk fluidakkumulator, minst et kammer for trykkluft og et stempel med stempelstang anordnet til å bevege seg i en sylinder. I én utførelsesform omgir akkumulatoren sylinderen. Akkumulatoren kan ha to porter, en for å tillate fluid kommunikasjon mellom sylinderen og akkumulatoren og en for å tillate fluid kommunikasjon mellom akkumulatoren og beholderen med trykkluft. Den førstnevnte port inkluderer en lukkeventil. I grunnstilling befinner et ikke komprimerbart fluid seg på begge sider av stempelet som står tilnærmet midt i sylinderen som er hindret fra fluidkommunikasjon med omgivelsene. US 2005/ 077 049 beskriver et apparat og en fremgangsmåte for å beskytte mot problemer forbundet med «hiv» på en flytende borerigg. Apparatet omfatter en inline kompensator som har en rekke sylindre i et rørformet hus og et antall lavtrykks- og høytrykks- akkumulatorer som virker sammen i et system for å kompensere for hiv i tilfelle det primære hivkompenserende system skulle svikte eller bli inaktivert. Inline kompensatoren gjør nytte av et antall hydrauliske sylindre som virker i motsatte retninger og som har forskjellige stempelarealer slik at sylindrene blir utvidet eller trykket inn ved forskjellige trykknivåer. Utstyret er blant annet tilpasset bruk sammen med kveilrør.

Det er således fortsatt et behov for forbedringer når det gjelder utstyr for bølgepåvirkede avstandsvariasjoner mellom en flytende rigg og en bunnfast installasjon.

Formål

Det er således et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning som er i stand til å kompensere for bølgepåvirkede avstandsvariasjoner mellom en flytende rigg og en bunnfast installasjon og som samtidig oppfyller kravene av å være kompakt, robust, forholdsvis rimelig i produksjon og som krever lite vedlikehold.

Det er videre et formål at anordningen skal være enklere å tilpasse til ulike brukssituasjoner og driftsbetingelser.

Det er også viktig at anordningen skal være rask og sikker å installere.

System som beskrevet er og underlagt SIL 2 hit IEC 61508 for å sikre pålitelig aktivering.

Foreliggende oppfinnelse

De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse

Med betegnelsen komplett selvforsynt enhet, forstås at enheten ikke trenger tilførsel utenfra verken av elektrisk eller annen type energi, da den energi og de reguleringsmekanismer som trengs for at enheten skal være operativ, er omfattet av enheten selv. Det er altså ikke behov for ledninger eller kabler til enheten, som kun monteres på den aktuelle borestreng og deretter er i beredskap inntil angitt aktiveringspunkt definert av den enkelte flytende enhet oppnås.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har den fordel sammenlignet med den kjente teknikk på området at den kan bli konfigurert trådløst, raskt og sikkert fra drillercabin. Den belastning (strekk) som skal til for å aktivere systemet, alt etter hvilken vekt systemet skal ha, kan stilles om i løpet av sekunder, uten å gjøre fysisk inngripen i utstyret.

En ekstra funksjon eller fordel er at når borestrengen er låst til en havbunnstruktur og operatørene ønsker å teste forbindelsen, Dette gjøres typisk ved en såkalt "overpull" test, Ved anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse kan aktivering overstyres, noe som ikke er mulig å gjøre med de tidligere kjente systemer med ventilaktivering ved et gitt trykk.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er dessuten enkel, rask og sikker å installere, da den er en frittstående, hivkompensert enhet.

Figur 1 viser en perspektivskisse av en anordning ifølge oppfinnelsen.

Figur 2a-2c viser forenklet virkemåten for anordningen ifølge oppfinnelsen i tre ulike posisjoner eller faser.

Figur 3 viser et endesnitt av anordningen vist i figur 1.

Figur 4a-4c viser i prinsippet det samme som figurene 2a-2c, men i en litt annen teknisk variant. Figur 1 viser en anordning 11 ifølge foreliggende oppfinnelse omfattende to forlengbare sylinder-/ stempelenheter 12 hvor sylindrene 13 har sin lukkede ende vendt oppover mens stempelstengene 15 rager ut av sylindrene nedover. Stemplene er i figur 1 skjult inne i sylindrene 13. Figur 1 viser dessuten akkumulatorer 17, hovedventil 19, dreneringstanker 20 og dumpeventil 21.

Øverst i figur 1 er det vist enøvrefestekrage22 og nederst en nedre festekrage 23 for innfesting til et element av en enhet som hivkompenserer borestreng på én side og enten fast utstyr eller annet element av som hivkompensert borestreng på motsatt side. Fortrinnsvis benyttes anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse ved overflaten, med øvre festekrage 22 festet til boremaskin (ikke vist) mens nedre festekrage 23 er festet til enhet som hivkompenserer borestreng.

Figurene 2a - 2c illustrer virkemåten for foreliggende oppfinnelse på enkel måte. Mens figur 1 viser et realistisk utseende for anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, viser figur 2 kun funksjonelle prinsipper. Figur 2a viser den forlengbare sylinder/ stempelenhet 12, omfattende sylinder 13, stempel 14, stempelstang 15 og et festeøre 16 på stempelstangen. Sylinderen 13 har sin lukkede ende vendt oppover mens stempelstangen 15 rager ut fra sylinderen 13 i retning nedover. Stempelet 14 vises omtrent midt i sylinderen 13 i vertikal retning. Akkumulator 17, akkumulatorstempel 18,hovedventil 19, dreneringstank 20 og dumpeventil 21 vises også. Endelig vises en belastningsmålende sensor i form av en trykktransmitter 24, en databehandlingsenhet, så som en PLS 25 og en solenoidventil 26. De stiplede linjer mellom til og fra trykktransmitteren 24, PLSen 25 og solenoidventilen 26 representerer kommunikasjonssignaler som kan sendes på enhver egnet måte, og som fortrinnsvis sendes trådløst. Sylinderen 13 er fylt med ikke komprimérbar væske og ventilene 19, 21 er lukket, derfor står stempelet 14 helt i ro i sylinderen 13 og støt og trekkrefter kan overføres over sylinder/ stempeleneheten 12 uten at stempelet beveges.

I figur 2b vises en situasjon hvor trykket har passert en grenseverdi slik at trykktransmitteren 24 har sendt signal til PLS 25 om at grenseverdien for tillatelig trykk er blitt overskredet. PLS enheten sørger umiddelbart for å åpne den solenoidstyrte ventil 19 gjennomaktivering av solenoidventil 26.

Det er da fluid forbindelse fra akkumulator 17 til sylinderens 13 bunnside. Eventuelt åpnes dumpeventil 21 samtidig med hovedventilen 19 og i så fall er det også i dette stadium åpent mellom sylinderens 13 toppside dreneringstanken 20. Med trekkraft på sylinder/ stempeleneheten 12 vil nå stempelet 14 bevege seg nedover og fortrenge væske fra sylinderen 13 til akkumulatoren 17, hvor et akkumulatorstempel 18 som til enhver tid holder gass og væske atskilt, forskyver seg oppover i akkumulatoren medøkende motkraft etter hvert som gassen over akkumulatorstempelet 18 komprimeres til stadig høyere trykk. Vekten av plattform og utstyr vil imidlertid være så stor at bølgehøyden bestemmer hvor langt akkumulator stempelet 18 blir presset opp i akkumulatoren og dermed hvor langt stempelet 14 blir trukket ned i sylinderen 13. Dersom dumpeventil 21 forblir lukket i denne fasen vil det oppstå et undertrykk over stempelet 14 i sylinderen 13 som også bidrar til å bremse bevegelsen av stemplene 14 og 18. Enklere funksjon er å tvangsstyre dumpeventil 21 slik at den alltid er lukket når hovedventilen 19 er lukket og alltid er åpen når hovedventilen 19 er åpen, siden enheten fungerer utmerket på denne måten og da ikke krever separat styring av dumpeventilen 21. Det skal understrekes at selv om hovedventil 19 og dumpeventil 21 her omtales i entall, kan det typisk være én hovedventil pr. akkumulator og én dumpeventil pr. dreneringstank, slik at det kan være to eller flere av hver av disse ventilene i en og samme anordning. Det er verdt å merke seg at solenoidventil 26 og hovedventil 19 i teorien kunne vært en og samme ventil. Siden det imidlertid kreves hurtig forflytning av betydelige volumer væske mellom sylinderen 12 og akkumulatoren 17, er det hensiktsmessig å styre en (hoved)ventil 19 med stor kapasitet ved hjelp aven solenoidventil med lavere kapasitet.

Når det gjelder hovedventilen 19, så har denne som navnet indikerer, innebygget en utløserfunksjon som lar ventilen åpne ved et gitt trykk. Alternativt kan ventilen stå i kontakt med en eller flere i anordningen integrerte trykksensorer (ikke vist) som gir signal for åpning av hovedventilen 19. Når hovedventilen åpner ved et gitt, men regulerbart terskeltrykk, for derved å aktivere anordningen (11) slik at det oppstår fluid kommunikasjon mellom sylinder (13) og akkumulator (17), kan lengden av sylinder/ stempelenhetens (12) fritt kan endres innenfor mekanisk bestemte grenser.

Når plattformen passerer en bølgetopp og beveger seg ned mot en bølgedal, inntrer den situasjon som vises i figur 2c. Stempelet 14 i sylinderen 13 tvinges da oppover slik at lengden av sylinder/ stempelenheten 12 forkortes. Stempelet 14 trekker da med seg væske tilbake fra akkumulatoren 17 til sylinderen 13, mens væske på oppsiden av stempelet 14 blir drevet ut i dreneringstanken 20 via dumpeventil 21 som uavhengig om den var åpen i den ovenfor beskrevne fasen, er åpen i denne fasen.

Generelt, etter at hovedventilen 19 er blitt åpnet og til den lukkes igjen, er det en dynamisk likevekt i systemet, bestemt av bølgevariasjonene som påvirker den flytende konstruksjonen og bremset eller moderert av trykket i akkumulatoren 17.

Figur 3 viser et enderiss av anordningen vist i figur 1 (og som i prinsippet fungerer som illustrert i figurene 2a til 2c). Her vises en øvre tilkoplingsflens 22, to forlengbare sylindre/ stempelenheter 12, åtte akkumulatorer 17 og to dreneringstanker 20. Bemerk at de forlengbare sylindre/ stempelenheter 12 typisk benyttes parvis, og at det kan være to eller flere akkumulatorer 17 og minst én dreneringstank 20 til hver respektive forlengbare sylinder/ stempelenhet 12. Generelt omfatter anordningen typisk minst to forlengbare sylindre/ stempelenheter 12 og minst én akkumulator 17 og minst én dreneringstank 20 pr. sylinder/ stempelenhet 12.

Når det gjelder illustrasjonene vist i figurene 4a-4c, vises det generelt til omtalen av figurene 2a-2c. Hendelsesforløpet er det samme, den eneste forskjellen ligger i at det som belastningsmålende sensor benyttes en strekklapp 24' i stedet for en trykktransmitter 24.

Den spesifikke virkemåten til trykktransmitter, strekklapp, PLS enhet og solenoidventil er ikke beskrevet her, da disse komponenter hver for seg er velkjente og mye brukt innen reguleringsteknikk. Egnede komponenter av nevnte typer kan således skaffes som hyllevare.

Poenget med anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er primært å sikre en sekundær eller reserve kompensasjon for bølgebevirket avståndsvariasjon mellom en flytende og en bunnfast konstruksjon for boring, som automatisk trer i kraft når en primær hiv-kompensering måtte svikte.

Det genuint nye ligger primært i hvordan aktivering av anordningen skjer, som definert i den karakteristiske del av patentkrav 1. Ved endrede driftsbetingelser kan derved belastningen som krever for aktivering, raskt og enkelt styres fra et kontrollrom, og ved behov for testing kan aktivering overstyres på tilsvarende måte. Også muligheter for fjernstyring av deaktivering er forbedret ved foreliggende oppfinnelse.

Claims (10)

1. Anordning (11) for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng mellom flytende borerigg og bunnfast installasjon, omfattende forlengbar sylinder/stempel enhet (12) som er innrettet til å kunne kompensere når belastningen overstiger en gitt verdi, idet sylinderen (13) av sylinder/stempel enheten (12) i grunnstilling inneholder en ikke komprimérbar væske på begge sider av et stempel (14) tilnærmet midt i sylinderen (13) og er hindret fra fluid kommunikasjon med omgivelsene, idet anordningen (11) er en komplett, selvforsynt enhet omfattende sylinder (13), stempel (14) på stempelstang (15), akkumulator (17), og dreneringstank (20),karakterisertved at anordningen er innrettet til å bli aktivisert av en datastyrt solenoidventil (26) når en belastningsmålende sensors (24, 24') måleverdi overstiger en gitt, regulerbar verdi.

2. Anordning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den datastyrte solenoidvent(26) styres av en PLS, programmerbar logisk styringsenhet, (25).

3. Anordning i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedat den belastningsmålende sensor er en trykktransmitter(24) innrettet til å generere et elektrisk signal til PLS enheten (25) ved registrert belastning over en gitt, regulerbar verdi.

4. Anordning i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedat den belastningsmålende sensor er en strekklapp (24') innrettet til å generere et elektrisk signal til PLS enheten (25) ved registrert belastning over en gitt, regulerbar verdi.

5. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat hver akkumulator (17) i grunnstilling er fylt med gass under trykk og er utstyrt med en hovedventil (19) som etter aktivering kan slippe fluid inn i så vel som ut av akkumulatoren.

6. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den omfatter minst en dreneringstank (20) innrettet til midlertidig å motta overskuddsvæske fra sylinderen (13) når anordningen er aktivert, idet en dumpeventil (21) mellom sylinder (13) og dreneringstank (20) er innrettet til å åpne for overføring av overskuddsvæske.

7. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den benytter ikke komprimerbare væsker.

8. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat sylinder/ stempelenheter) (12) i grunnstilling har en fast lengde og er rigid den forstand at den i denne stilling kan overføre langsgående strekk- og trykk-krefter uten å endre sin lengde.

9. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat anordningen etter aktivering forblir i aktivert stilling inntil den manuelt blir stilt tilbake i grunnstilling.

10. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat anordningen omfatter minst to sylindre/ stempelenheter (12) og minst én akkumulator (17) og minst én dreneringstank (20) pr. sylinder/ stempelenhet (12).