NO310343B1 - Anordning for opphenging av fleksible og halvfleksible rör på konstruksjoner til havs - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for kobling eller oppheng mellom et frittliggende fleksibelt eller semifleksibelt stigerør og et rørsystem på en fast eller flytende plattform eller skip, hvilket stigerør er innrettet til overføring av olje og/eller gass og strekker seg fra et tilkoblingspunkt på havbunnen og til plattformen eller skipet.

Etter hvert som det bygges ut olje- og gassfelt på større vanndyp vil installasjonene i større og større grad være flytende konstruksjoner såsom plattformer som beveger seg under påvirkning av bølger, vind og strøm. Dette krever at rørene som er forbundet med produksjons- og injeksjonsbrønner på havbunnen må kunne ha tilstrekkelig fleksibilitet og styrke til å kunne bevege seg med plattformen i overflaten. Det er for dette formål utviklet spesielle fleksible stigerør som tåler høye trykk samtidig som de har relativ stor bøyefleksibilitet. På grunn av at bevegelsene og bølgekreftene er størst ved overflaten er også røret utsatt for de høyeste bøyebelastningene i dette området. Spesielt vil belastningen bli stor der det fleksible røret kobles mot plattformen siden dette punktet får stor stivhet i forhold til røret.

Det er utarbeidet forskjellige prinsipper for å begrense bøyebelastningene ved rørets opphengingspunkt. En metode som er mye benyttet er å anvende et stivt føringsrør gjennom bølgesonen som det fleksible røret er trukket gjennom. For å begrense bøyebelastningen på det fleksible røret ved inngangen til føringsrøret er dette utstyrt med et trompetformet avslutningsstykke som styrer bøyeradien på det fleksible røret når dette legger seg inn til veggen på innsiden. På denne måten kan bøye-belastningen på det fleksible røret reduseres ved hjelp av formen på det trompetformede avslutningsstykket.

Et enklere arrangement er å henge rørene fritt ned fra dekket. Dette gir høye bølgebelastninger på rørene og det er spesielt viktig å begrense de påfølgende bøyemomentene der røret festes til dekket. Ved slike arrangement er det vanlig å benytte såkalte bøyebegrensere. Det er spesialtilvirkede fleksible rørstykker som ligger utenpå det fleksible røret og som med en nøyaktig avtrappet bøyestivhet begrenser bøyeradien til de fleksible rørene. Ingen av disse løsningene gir imidlertid tilfredsstillende sikkerhet mot overbelastning og dermed fare for brudd når bøyestivheten av røret kommer over en viss størrelse.

US patentskrift nr. 4,712,620 viser et oppheng mellom et stigerør og rørsystem på en plattform der det benyttes et fleksibelt ledd og der opphenget også er innrettet til å oppta aksiell forskyvning ved hjelp av en teleskopinnretning. Dette kjente opphenget er meget komplisert med et stort antall komponenter som gjør det kostbart å fremstille. Anvendelse av et fleksibelt ledd gir redusert moment, men tillater liten vinkelendring (bøyning) av stigerøret i forhold til innfestingspunktet på plattformen. Et slikt fleksibelt rør er dessuten i seg selv kostbart å fremstille og har begrenset mekanisk styrke.

Det finnes altså i dag løsninger for å kunne henge opp "vanlige" fleksible rør på flytende plattformer. Vanlige fleksible rør har imidlertid også begrensninger med hensyn til trykk og temperatur slik at det for enkelte olje- og gassfelt er svært ufordelaktig eller umulig å bruke denne type rør. En mulig løsning vil da være å bruke semifleksible rør. Med dette menes det her rør som er laget av metaller med lav E-modul og høy bruddstyrke, som for eksempel titan. Disse rørene vil kunne ha akseptable belastninger i området mellom havbunnen og plattformen under bølgepåvirkning og bevegelser, men på grunn av den relativt høye bøyestivheten vil det være vanskelig eller umulig å oppnå akseptabelt belastningsnivå i innfestningen til plattformen med de løsninger som er beskrevet for vanlige fleksible rør.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en anordning for opphenging av fritthengende fleksible eller semifleksible stigerør på faste og flytende plattformer, som ikke opptar bøyepåkjenninger og som dermed ikke utsetter røret for bruddfare. Løsningen er således meget sikrere enn de tidligere kjente løsningene. Den er videre enkel og rimelig og tar liten plass. Samtidig gir den mulighet for tilkobling av utstyr for vedlikehold og rensing, dvs. såkalt renseplugg.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at opphenget for dreieforbindelsen på et stigerør består av et svivelhus som på den ene side er utstyrt med en første hulaksling som er forbundet med rørsystemet på plattformen eller skipet, og på den annen side er utstyrt med en andre hulaksling som er anordnet i svivelhuset i en vinkel på 90° i forhold til den første hulakslingen og som er forbundet med stigerøret, idet de to akslingene kommuniserer med hverandre via et hulrom i svivelhuset, men er lukket mot omgivelsene ved sine ender, idet opphenget er momentfritt ved at en tenkt forlengelse av det fleksible rørets Z-akse strekker seg gjennom krysningspunktet for X- og Y-aksen til de respektive hulakslingene. Som angitt i vedføyde krav 1.

De uselvstendige kravene 2-9 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til tegningsfigurene hvor:

Fig. 1 viser eksempel på et fleksibelt eller semifleksibelt stigerør,

Fig. 2-4 viser oppfinnelsen sett henholdsvis i perspektiv, fra siden og forfra,

Fig. 5 og 6 viser vertikalsnitt langs henholdsvis X/Z-aksen og Y/Z-aksen for løsningen vist i Fig. 2-4.

Fig. 7 viser i større målestokk en del av løsningen vist i Fig. 6.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen vedrører som vist i Fig. 1 et oppheng eller kobling mellom et fleksibelt eller semifleksibelt stigerør 4 og en fast eller flytende plattform eller skip 15 på havoverflaten.

Som vist i Fig. 2-4, består opphenget eller koblingen av et lager eller svivelhuset 3 som på den ene side er opplagret om en første hulaksling 1 som strekker seg vinkelrett mot, i X-retningen, og via en flens 5 eller lignende er forbundet med et rørsystem på plattformen 15, samt på den annen side er utstyrt med en andre hulaksling 2 som er dreibart, om Y-aksen, anordnet i svivelhuset 3 og er forbundet med stigerøret 4 via en rørdel 6 og flensforbindelse 7.

Med denne løsningen kan røret 4 svinge samtidig i to plan vinkelrett på hverandre som vist på figurene. I den grad akslingene 1 og 2 er frie til å rotere, avhengig av friksjonen i lagrene, vil anordningen være momentfri om aksene X og Y. Det vil si at resultanten av kreftene fra det fleksible røret vil krysse gjennom aksene X og Y. For at det fleksible røret 4 skal være momentfritt i sin tilkobling til anordningen, må tilkoblingspunktet geometrisk være plassert slik at en tenkt forlengelse av det fleksible rørets akse Z krysser gjennom aksene X og Y. På denne måten vil det ikke oppstå eksentriske momenter i det fleksible røret i tilkoblingspunktet. For å oppnå dette er det på anordningen arrangert en rørdel 6 som i sin nedre ende representerer innfestingspunktet for det fleksible røret 4, fortrinnsvis med en flensforbindelse 7 og i sin øvre ende er røret forbundet til akslingen 2. Rørdelen 6 er gitt en kurvatur slik at kravet til geometrisk plassering av innfestingspunktet for det fleksible røret 4, som beskrevet over, er tilfredsstilt.

Overføringen av gass/væske fra det fleksible røret gjennom opphengsanordningen og til en fast rørforbindelse på plattformen, skal forklares med henvisning til figurene 5 og 6.

Olje- eller gassfludiet blir ført fra det fleksible røret 4 gjennom rørdelen 6 og inn i et overgangsløp 8 i lager/svivelhuset 3. Her blir mediet ført videre inn i akslingen 2 som er hul innvendig. Akslingen som er tett i sin motsatte ende har i sitt midtområde en sideåpning slik at mediet kan bli ført inn i lager/svivelhuset 3. Lager/svivelhuset 3 har videre en innvendig kanal som overfører mediet til en sideåpning i aksling 1 som på samme måte som aksling 2 er hul innvendig og tett i den frie enden. Mediet føres gjennom aksling 1 til et rør 14 på plattformen. Røret 14 er fortrinnsvis koblet til akslingen 1 med en flensforbindelse 13 i akslingens ende. Akslingene 1 og 2 fungerer således sammen med lager/svivelhuset som et dobbelt svivelsystem.

For å unngå aksielle trykkrefter mellom akslingene 1 og 2 og svivelhuset 3, er akslingene gjennomgående og tette i sin ytre ende. Dette medfører at akslingene må være innbyrdes forskjøvet i vertikal retning slik at de ikke berører hverandre. For å unngå at akslingene trekkes ut er de på enden utstyrt med en boltet lagerplate 9 som vil ligge an mot huset.

For at det skal kunne sendes en renseplugg gjennom overgangsløpet 8, via rørdelen 6 og gjennom det fleksible røret 4, er overgangsløpet 8 forsynt med en åpning i sin øvre ende i forlengelsesaksen til rørdelen 6.1 åpningen kan det kobles til en renseplugg-sluse ved hjelp av en boltet flensforbindelse. Når rensepluggslusen ikke benyttes vil åpningen i toppen av overgangshuset være lukket med en blindflens 9.

Akslingen 2 som går fra overgangsløpet 8 og inn i lager/svivelhuset 3 er som tidligere beskrevet hul innvendig. Denne horisontale kanalen i akslingen vil gå lateralt inn på den vertikale kanalen som går i forlengelsen av rørdelen og opp til åpningen for rensepluggen. For at denne kanalåpningen ikke skal forstyrre eller vanskeliggjøre passeringen av renseverktøyet er det plassert en vertikal hylse 10 gjennom dette området i overgangsdelen. Hylsen har en rekke mindre åpninger i veggen slik at renseverktøyet kan passere uhindret. Åpningenes samlede areal er tilstrekkelig for at mediet kan passere uhindret.

Et videre krav ved bruk av rensepluggen er at krumningen i rørdelen 6 ikke har for små bøyeradier, noe som det tas hensyn til i utformingen av konstruksjonen. Rørdelen 6 vil bli utsatt for store bøyemomenter i sin øvre ende som resultat av eksentrisiteten i lasten når røret bøyes bort fra aksen i innfestningspunktet til det fleksible røret 4. Dette tas det hensyn til ved dimensjoneringen av rørdelens veggtykkelse.

Svivelhuset 3 med lager og tetninger er vist i større målestokk i Fig. 7. Som det vil fremgå er akslingen 2 opplagret på to steder, på sin indre og ytre ende på hver side av sideåpningene. Lagrene 11 kan være enten glidelagret eller rulle-/kulelagret. Mellom lagrene og sideåpningene i akslingen vil det være arrangert tetningsringer 12 i spor i akslingene mellom akslingen og utboringen i svivelhuset. Tilsvarende lager- og tetningsløsning benyttes for akslingen 1.

Når det ellers gjelder svivelhuset 3, akslingene 1, 2 og opplagringen for disse, er oppfinnelsen slik den er definert i kravene ikke begrenset til den utførelse som er vist i figurene og beskrevet i det foranstående. Således kan hver av de to akslingene 1 og 2, isteden for å være opplagret i svivelhuset 3 ved sine ene ender og fast forbundet med plattformen 15, respektive stigerøret ved sine andre ender, være fast forbundet med svivelhuset ved sine ene ender og dreibart forbundet ved sine andre ender med plattformen respektive stigerøret, dvs. motsatt av det som er vist i tegningene.

Claims (9)

1. Anordning for kobling eller oppheng mellom et fritthengende fleksibelt eller semifleksibelt stigerør (4) og et rørsystem (14) på en fast eller flytende plattform eller skip (15), hvilket stigerør er innrettet til overføring av olje og/eller gass og strekker seg fra et tilkoblingspunkt på havbunnen og til plattformen eller skipet, via en dreieforbindelse, karakterisert ved at dreieforbindelsen består av et svivelhus (3) som på den ene side er utstyrt med en første hulaksling (1) som er forbundet med rørsystemet (14) på plattformen eller skipet, og på den annen side er utstyrt med en andre hulaksling (2) som er anordnet i svivelhuset i en vinkel på 90° i forhold til den første hulakslingen (1) og som er forbundet med stigerøret (4), idet de to akslingene (1, 2) kommuniserer med hverandre via et hulrom i svivelhuset (3), men er lukket mot omgivelsene ved sine ender, idet opphenget er momentfritt ved at en tenkt forlengelse av det fleksible rørets (4) Z-akse strekker seg gjennom krysningspunktet for X- og Y-aksen til de respektive hulakslingene (1,2).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av hulakslingene (1, 2) ved sine ene ender dreibart anordnete i svivelhuset, idet den første (1) akslingen ved sin andre ende er fast forbundet med plattformen (15) og den andre akslingen (2) ved sin andre ende, er fast forankret med stigerøret (4).

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at akslingene (1, 2) ved sine ene ender er fast forbundet med svivelhuset (3) og ved sine andre ender er dreibart anordnet til plattformen/skipet respektive dreibart anordnet til stigerøret (4).

4. Anordning ifølge kravene 2-3, karakterisert ved at de to akslingene (1, 2) er forskjøvet i vertikalretningen i forhold til hverandre.

5. Anordning ifølge kravene 2-4, karakterisert ved at de to akslingene hver er opplagret i to kule-eller rullelagere som er anordnet ved svivelhusets (3) yttersider.

6. Anordning ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at det mellom den andre akslingen (2) og stigerøret (4) er anordnet et rørmellomstykke (6) som er bøyd slik at det strekker seg inn under svivelhuset (3) og i forlengelsen forløper langs en akse (Z) som krysser aksene (X, Y) for de to akslingene (1, 2).

7. Anordning i følge de foregående kravene 1-2 karakterisert ved a t den første akslingen (1) er forbundet med plattformen (15) ved hjelp av en flensforbindelse (5), idet akslingen via et parti som har mindre diameter strekker seg gjennom plattformveggen og er forbundet med rørsystemet på plattformen ved hjelp av en andre flensforbindelse (13).

8. Anordning ifølge kravene 1 -2 og 4-7, karakterisert ved at stigerøret (4) eller mellomstykket (6) er forbundet med den andre akslingen (2) via en innløpsdel (8) med en innvendig hylse (10) som er forsynt med perforeringer (16) slik at oljen og/eller gassen kan kun strømme igjennom perforeringene til en kanal som er forbundet med akslingens (2) hulrom (18).

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at innløpsdelen (8) er forsynt med en åpning (17) med en avtakbar blindflens (9) til hvilken åpning kan tilkobles en anordning for innføring av en renseplugg (ikke vist).