NO300233B1 - Anordning for overföring av fluidum mellom en konstruksjon på havbunnen og et overflatefartöy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for overføring av fluidum mellom havbunnen og overflaten, og spesielt en anordning for oppsamling og hevning av olje som er produsert ved en undervanns-avleiring, og mer spesielt en slik anordning med minst én fleksibel rørledning.

Søkerens firma har i mange år produsert og markedsført fleksible rørledninger med høy ytelse i store lengder, hvilke benyttes som utstyr på undervanns oljefelt, spesielt for oppsamling og hevning av olje fra brønnhoder eller andre konstruksjoner, så som koblingsorganer (manifolder), anbragt på havbunnen, opp til en understøttelse på overflaten, så som en produksjonsplattform, f.eks. flytende, halvt nedsenkbar eller rigget, eller et skip.

Forskjellige utførelsesformer av disse fleksible rørledninger har vært foreslått og benyttet mellom havbunnen, spesielt brønnhodet, og understøttelsen på overflaten.

Disse forskjellige utførelsesformer er beskrevet i et dokument med titelen "Flexible riser system for floating production application in the North Sea" av Mahoney og Bouvard (OTC dokument 5163) som gjengir utdrag av et foredrag som ble holdt på den 18. "Offshore Technology Conference" i Houston, Texas fra 5. - 8. mai 1986, og nylig i et dokument med titelen "Recommended Practice for Design and Operation of Subsea Production System" (API Recommended Practice 17A), 1. opplag, 1. september 1987, publisert av The American Petroleum Institute.

Således blir det for slike anordninger for produksjon og hevning av olje benyttet utførelsesformer som er illustrert på s. 67 i API-dokumentet og er kjent under navn som "LAZY S" eller "LAZY WAVE" og "STEEP S" eller "STEEP

WAVE".

Ved disse utførelser strekker ledningen seg som en kjede mellom overflateunderstøttelsen og et mellomliggende positivt oppdriftselement som over et<*>parti av dens lengde kan gi ledningen kurveformet konkavitet i retning mot havbunnen. ;Det mellomliggende element kan være en bue med konkaviteten rettet mot havbunnen, om nødvendig forbundet med havbunnen ved hjelp av strekkstenger, en gruppe positive oppdriftselementer (bøyer) plassert etter hverandre og festet til ledningen, eller som beskrevet i "OFFSHORE ENGINEER", februar 1985, s. 31, og i EP-A-0251488, et oppdriftskammer som ved strekkstenger er forbundet med havbunnen. Ved denne siste utførelse er ledningens konkavitet nedenfor bøyen rettet mot brønnhodet eller konstruksjonen som er anbragt på bunnen og hvorfra olje skal heves. ;Ved "LAZY S"- og "LAZY WAVE"-utførelsen oppviser det parti av ledningen som befinner seg nedenfor det mellomliggende element kjedeform til havbunnsnivået, hvoretter ledningen strekker seg langs havbunnen til et brønnhode eller til et koblingsorgan anbragt på bunnen. ;En slik utførelse, spesielt i det oftest forekommende tilfelle, hvor overflateunderstøttelsen befinner seg vertikalt over brønnen, øker den ledningslengde som er nødvendig mellom brønnhodet og overflateunderstøttelsen, og utgjør spesielt en betydelig masse på havbunnsnivået som kan føre til store problemer i tilfellet av et betydelig antall ledninger eller bunter av ledninger. ;Ved "STEEP S"- eller "STEEP WAVE"-utførelsen er ledningspartiet mellom det mellomliggende element og havbunnen strukket, f.eks. som vist i US 3.204.708, idet ledningens nedre ende er festet til et fundament som hviler på havbunnen. ;Et forenklet diagram for dette fundament er vist på ;fig. 9 i det ovennevnte OTC-dokument. ;Ved denne utførelsestype er det nødvendig å forbinde hver av stigeledningene med det på forhånd installerte fundament og å forbinde ledningen eller ledningene som kommer fra brønnhodet med dette fundament (se fig. 11 i OTC-dokumentet). ;Denne løsning krever konstruksjon og plassering av tunge fundamenter med store dimensjoner utstyrt med koblingssystemer. I tillegg må koblingsoperasjonene ved disse kjente utførelser utføres av dykkere, noe som nødvendigvis kompliserer anbringelsen og begrenser dybden for bruk uten bruk av spesielt fjernstyrt utstyr, som er kostbart, komplisert og ikke umiddelbart tilgjengelig, så som f.eks. utstyret beskrevet i EP-A-0251488. ;Videre er det fra norsk søknad 84.1281 kjent et stivt stigerør av stål, som kun har et enkeltkrummet forløp, idet en meget stor og tung leddanordning er anordnet på sjøbunnen for å beskytte det krumme overgangsparti av rørledningen ved vertikale og angulære bevegelser av rørledningen på grunn av bevegelsene til den plattform på overflaten ledningen er ;knyttet til. ;Foreliggende oppfinnelse foreslår å tilveiebringe en anordning hvor man unngår ulempene både ved "LAZY S"- og "LAZY WAVE"-utførelsene og ved "STEEP S"- og "STEEP WAVE"-utførelsene, ved hjelp av spesielt enkle og billige midler, særlig under installasjon, mens den tilveiebringer en kontinuerlig forbindelse mellom brønnhodet og overflate-understøttelsen, (med unntakelse av når det skal anbringes enkle koblinger over lengden av ledningen), idet hele ledningen forløper omtrent i samme vertikalplan. ;Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning som angitt i krav 1. Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. ;Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal denne beskrives nærmere ved ikke-begrensende eksempler på utførelsen under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor ;fig. 1 er et skjematisk riss som viser en første måte for bruk av anordningen ifølge oppfinnelsen, ;fig. 2 er et partielt vertikalt sideriss av anordningen på fig. 1 , ;fig. 3 viser riss, sett bakfra, i overensstemmelse med fig. 2, og illustrerer to stillinger av ledningen, ;fig. 4 er et riss i likhet med fig. 2 som viser endestillingene av den tilsvarende del av ledningen, ;fig. 5 viser vertikalsnitt, halvt gjennomskåret, av en utførelse av kraven ved utførelsesformen på fig. 1-4, ;fig. 6 er et skjematisk partielt vertikalt sideriss av en andre bruksmåte, og ;fig. 7 er et skjematisk partielt vertikalt sideriss av en tredje bruksmåte. ;Det skal først henvises til fig. 1-4. ;Anordningen ifølge oppfinnelsen strekker seg mellom en overflateunderstøttelse 1, her vist i form av en halvt nedsenkbar produksjonsplattform, og et brønnhode 2 som er anbragt på havbunnen omtrent vertikalt under plattformen 1. ;For å illustrere oppfinnelsen er anordningen vist i form av én enkelt ledning 3 for hevning av olje, men det vil forstås at i praksis, på et oljefelt, vil det bli benyttet et stort antall ledninger anordnet i bunter. ;Utførelsen av ledningen 3, vist på fig. 1, ligner "STEEP WAVE"-typen på den måte at det, på et sted beliggende mellom bunnen og overflaten, rundt ledningen er anordnet et mellomliggende element 4 i form av en gruppe oppdriftselementer (bøyer) som er anordnet på rekke, og som over en del av ledningens 3 lengde meddeler denne kurveform med konkaviteten rettet mot bunnen. Det viste element 4 vil kunne erstattes med en bue, som vist på fig. 4 i det ovennevnte OTC-dokument, eller med en bøye festet til bunnen ved hjelp av strekkstenger, som i EP-A-0251488. ;Ledningspartiet 3a mellom sonen som defineres ved det mellomliggende element 4 og overflateunderstøttelsen 1, inntar kjedeform, mens ledningspartiet 3b nedenfor elementet 4 er strammet idet det er festet til en dødmann 5 som er anbragt på havbunnen slik det vil bli beskrevet nedenfor. ;Som det vil ses av fig. 2 - 4, er det rundt ledningen anordnet en krave 6 som er fastklemt rundt ledningen, hvilken krave omfatter to motstående, innrettede tapper 7a, 7b. På hver av disse tapper 7a, 7b er det festet en forankringsstrekkstang 8 som forbinder kraven 6 med dødmannen 5. Slik det spesielt vil ses av fig. 3 er det anordnet to forankringsstrekkstenger 8 som i ett enkelt punkt 9 er festet til det øvre parti av dødmannen 5. ;Denne utførelse gjør det mulig på den ene side å innrette strekket i ledningen med resultanten av strekk i forankringsstrekkstengene, og på den annen side, under en defleksjon av ledningen (vist på fig. 3), forårsaket f.eks. av tversgående strømmer, å bibeholde en aksial innretting av ledningen på begge sider av fastklemningskraven 6 og således forhindre aksialt avvik som f.eks. ville kunne oppstå ved to parallelle forankringsstrekkstenger. ;For posisjonering av ledningen er det i det viste eksempel vist anordnet en andre fastklemningskrave 10 på det horisontale parti 3c av ledningen, mellom dennes kontakt med havbunnen og brønnhodet, idet kraven 10 ved hjelp av en strekkstang 11 er forbundet med dødmannen 5. ;Anordningen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig, slik det best vil ses på fig. 2, i det parti 3d som befinner seg mellom kraven 6 og bunnen, å meddele ledningen 3 en nødvendig krumning i vertikalplanet, hvis konkavitet, som det fremgår av fig. 1, vender i retning av brønnhodet. Ledningen 3 forløper da helt kontinuerlig mellom sitt parti 3b og sitt parti 3c uten noe bøyet mellomliggende parti som krever suksessive tilkoblingsoperasjoner slik som i tilfellet av de kjente "STEEP S"- og "STEEP WAVE"-typer. ;I tilfeller hvor det, når det f.eks. gjelder ledningslengde, er ønskelig å anordne en sammenkobling av partielle ledningslengder ved hjelp av koblingsstykker, kan de to sammenkoblede koblingsstykker utgjøre ledningsholdeanord-ningen i oppfinnelsens mening og således sikre funksjonen av kraven 6 ved å være forbundet med dødmannen 5 ved hjelp av strekkstenger. ;Den nødvendige krumningsradius er selvsagt bestemt som en funksjon av ledningens diameter og bruksforholdene. Det vil forstås at på grunn av den krumme utformning av ledningen i vertikalplanet ifølge oppfinnelsen, blir lengden av ledningen mellom bunnen og overflaten redusert til det tillatte minimum, og man har ikke funnet noe parti av ledningen som danner unyttige buktninger på havbunnen, slik som det er tilfellet ved "LAZY S"- eller "LAZY WAVE"-utførelsene. ;I utførelsen på fig. 5 er kraven<*>6 orienterbar og omfatter et sentralt parti 12 som danner en sylindrisk hylse rundt ledningen 3, og dette sikrer en klemeffekt slik at strekk i ledningen 3 kan opptas av kraven 6 og et utvendig parti 13 som er innrettet til å kunne anbringes i et spor 14 i partiet 12 som omgir ledningen 3. Dette arrangement gjør det mulig på enkel måte å sikre orienteringen av de innrettede tappelementer 7a og 7b under installasjonen av anordningen.

Anbringelsen av anordningen kan utføres i én enkelt operasjon, raskt og enkelt, uten å måtte utføre tilkobling til bunnen (bortsett fra eventuelt tilkoblingen av det horisontale parti 3c av ledningen til brønnhodet 2), uten bruk av dykkere og uten å måtte benytte fjernstyrte, automatiske tilkoblingsanordninger som er kompliserte, dyre og ikke umiddelbart tilgjengelige. Operasjonen krever ikke noe annet servicefartøy enn det fartøy som skal legge vedkommende ledning, og ikke noe spesielt utstyr ut over det som normalt finnes ombord på slike fartøy. Det er f.eks. mulig å fire ned dødmannen 5 samtidig med ledningen 3, med strekkstengene 8 og 11 på plass og forbinde dødmannen 5 med kravene 6 og 10 slik at den holdes opphengt i ledningen 3, og fullføre operasjonen ved å plassere dødmannen 5 ved det bestemte sted på bunnen, idet dens posisjon lokaliseres fra overflaten ved hjelp av kjente midler, så som akustiske lokaliseringssystemer. I tilfellet hvor kraven 6 kan orienteres, blir en fjernstyrt undervannsrobot benyttet for å kontrollere og justere orienteringen av tappelementene 7a og 7b, idet denne er forsynt med et fjernsynskamera og en liten arm forsynt med et gripeorgan, samt fremdriftsenheter og forskjellige andre instrumenter. Disse roboter, som vanligvis går under betegnelsen R.O.V., og hvorav det finnes forskjellige kjente modeller, er tilgjengelige ombord på fartøyer som benyttes for utlegning av ledninger, idet de er nødvendige i forbindelse med forskjellige inspeksjons-arbeider på en undervanns-installasjon.

I utførelsen på fig. 6 forløper ledningen gjennom dødmannen 5' som er plassert på havbunnen, idet krumningen i vertikalplanet meddeles ved hjelp av et sett av bevegelige ledd 15 som er anbragt ved ledningens nedre ende som befinner seg i dødmannen 5'. Disse bevegelige ledd 15 er velkjent innen offshore petroleumsteknikk for begrensning av en krumningsradius og vil ikke bli nærmere beskrevet her. Ledningen holdes i dødmannen 5' ved hjelp av en krave 16.

I utførelsen på fig. 7 omfatter dødmannen 5"- et element 17 som danner en hals for å holde og styre ledningen, idet denne hals er utformet for å meddele ledningen 3 den ønskede, på forhånd fastlagte krumning i vertikalplanet, mens ledningen holdes av en krave 18.

Skjønt oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med spesielle utførelsesformer, vil det være klart at den ikke er begrenset til disse og at forskjellige variasjoner og modifikasjoner kan foretas uten å overskride rammen for oppfinnelsestanken.

Claims (9)

1. Anordning for overføring av fluidum mellom en konstruksjon (2) på havbunnen og et overflatefartøy, en flytende plattform eller lignende (1), omfattende minst ett flek-sibelt rør (3) som omfatter et parti (3a) som strekker seg som en kjedelinje mellom fartøyet eller lignende (1) og en oppdriftsinnretning (4) som over et parti av rørets lengde gir denne en krummet form hvis konkavitet er rettet mot bunnen og bevirker stramming av et parti (3b) av røret som forløper fra oppdriftsinnretningen (4) og er festet til et stasjonært punkt (5) på bunnen, karakterisert ved at det stasjonære punkt (5) på bunnen, som fortrinnsvis utgjøres av en moring (5,5',5"), er tilordnet midler (6;15,16;17,18) for å gi en del (3d) av et parti av røret en forutbestemt krumning med en konkavitet som er rettet mot nevnte konstruksjon (2).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte.midler omfatter i det minste én krave (6) som er anbragt rundt røret (3), mellom oppdriftsinnretningen (4) og bunnen, idet kraven ved hjelp av minst én forankringsstrekkstang (8) er forbundet med moringen (5).

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter to strekkstenger (8) som er festet ved omtrent det samme punkt (9) på moringen (5) og sprer seg utad og oppad fra denne, og at disse er forbundet med hver sin av to utragende, innrettede tappelementer (7a, 7b) på kraven (6).

4. Anordning ifølge et av kravene 2 og 3, karakterisert ved at tappelementene (7a, 7b) er montert på en utvendig ringformet del (13) av kraven (6) som omgir et sentralt parti (12) av kraven og sikrer fastklemning av røret (3) og opptagelse av strekk, idet den utvendige ringformede del (13) er montert rundt det sentrale parti (12) i en stilling med bestemt orientering.

5. Anordning ifølge et av kravene 2-4, karakterisert ved at den omfatter i det minste én andre krave (10) som er anbragt rundt røret, på dettes sentrale parti (3c) på havbunnens nivå, og som ved hjelp av minst én strekkstang (11) er forbundet med moringen (5).

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte midler omfatter et sett av bevegelige ledd (15) som strekker seg fra moringen (5<1>) over en del av lengden av det nedre parti av røret, idet røret, spesielt ved hjelp av en krave (16), er festet til moringen (5<1>).

7. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte midler omfatter en hals (17) som er utformet i ett med moringen (5") og tilveiebringer fastholdelse og føring i vertikalplanet av det tilsvarende parti av røret, idet røret (3) fastholdes i moringen (5"), spesielt ved hjelp av en krave (18).

8. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at røret (3) er kontinuerlig mellom overflatefartøyet eller lignende (1) og konstruksjonen, spesielt et brønnhode (2), som er anbragt på havbunnen, og hvorfra olje skal heves.

9. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at oppdriftsinnretningen (4) består av en gruppe oppdriftselementer som er festet til røret (3) med innbyrdes avstand langs dette.