NO311988B1 - Sammensatt hybridstigerör - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et sammensatt hybridstigerør, for transport av fluid mellom sjøbunnen og en installasjon ved overflaten.

Ved oljeproduksjon anordnes det i dag flere stigerør mellom sjøbunnen og en installasjon ved overflaten, for eksempel en plattform eller et produksjonsskip. Stigerørene kan være enten fleksible eller stive. I den senere tid er det blitt foreslått en rekke konsepter, som f.eks. konseptet vist i fig. 1, der et antall stive stigerør buntes sammen til et hybridstigerør 2log føres opp til et flytelegeme 22 nær eller ved hav-verflaten 23. Fluider og gasser overføres mellom den flytende produksjonsenheten 24 og flytelegemet 22 gjennom fleksible stigerør 25. Fordelene er at man holder flytelegemet og koblingene på et dybdenivå med lav påvirkning fra bølger og vind, og de meget kostbare fleksible stigerørene, som forøvrig har dybdebegrensninger, benyttes kun i overgangen mellom flytelegemet og den flytende produksjonsenheten. En slik løsning er vist i NO 159.546, der det også er anordnet en ytre rørkappe som omslutter transportrørene.

Imidlertid benyttes det ved de ovenfornevnte løsninger konvensjonelle stålrør som transportrør og stålvire som strekklegeme. Dette fører til at stigerøret blir svært tungt og krever et stort oppdriftslegeme. Selv om det påstår i NO 159.546 at man kan benytte dette stigerøret ned til 3000 m har praksis vist at på dypere vann enn ca. 1000 m vil man få store problemer med å benytte slike stigerør, fordi trykket krever store veggtykkelser for rørene, noe som i sin tur gjør at stigerøret blir så tungt at det i praksis ikke er mulig å skaffe tilstrekkelig oppdrift. Strekket i et slikt rør overskrider også det som er praktisk mulig å håndtere. I tillegg til stort oppdriftsbehov er det også behov for et sterkt fundament på havbunnen. Det sier seg selv at oppbygging av et stort fundament på et stort havdyp blir svært kostbart.

En annen ulempe, som også gjør seg gjeldende ved havdyp betydelig mindre enn 1000 m, er knyttet til produksjon og uttauing av stigerøret. Dersom stigerøret produseres på land i hele sin lengde eller i lange seksjoner, for senere uttauing til installasjonsstedet, vil selve transporten påføre utmatning på stigerøret. En slik utmatning forkorter stigerørets forventede levetid. Det kan være snakk om å bruke opp så mye som 10 % av utmatningslevetiden. Det er derfor viktig å sørge for så kort transportvei som mulig. Derfor begrenser mulige produksjonssteder seg sterkt.

Dersom stigerøret skal settes sammen av forholdsvis korte seksjoner, som kan transporteres om bord på for eksempel en lekter, vil installasjonen fordyres kraftig.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveiebringe et sammensatt hybridstigerør, som omfatter de rørledninger og kabler som vanligvis behøves mellom sjøbunnen og en installasjon ved overflaten, som ikke eller i betydelig mindre grad innehar de ovenfornevnte ulemper. Dette oppnås ved de trekk som er angitt i karakteristikken til krav 1.

Ved den foreliggende oppfinnelse oppnås for det første en formidabel vektbesparelse, fordi komponenter av komposittmateriale har en vekt som kun er en brøkdel av stål. På grunn av vektebesparelsen reduseres behovet for oppdrift og fundamentering.

Videre oppnås en økning av utmatningslevetiden med en så mye som 10 ganger den for stål. Transporten ut til installasjonsstedet vil derfor kun i neglisjerbar grad redusere utmatningslevetiden. Uttauingsstrekningen blir derfor ikke kritisk og man har et betydelig større utvalg av produksjonssteder å velge mellom.

For stigerør ifølge oppfinnelsen med forholdsvis små dimensjoner, vil det være mulig å kveile dette på dekket til en bred lekter under utskipingen. Derved forenkles transporten betydelig.

Et lettere og mer fleksibelt stigerør gjør også selve installasjonen lettere. Det kan benyttes kraner, vinsjer og annet utstyr med betydelig lavere kapasitet. Installasjonen kan også gå raskere på grunn av den lavere vekten og den økte fleksibiliteten og det faktum at stigerøret ifølge oppfinnelsen tåler større påkjenninger.

Det skal nå vises til søknadens figur 2, som viser et tverrsnitt gjennom et sammensatt hybridstigerør ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det sammensatte hybridstigerøret ifølge oppfinnelsen omfatter et sentralt anordnet strekklegeme 1, som omfatter et antall kordeler 2, fortrinnsvis av lette og sterke fibre, slik som for eksempel karbonfiber, galssfiber eller aramidfiber i en matrise av plastmateriale, for eksempel epoksyharpiks, og avstandselementer 3, som er innrettet til å holde kordelene i avstand fra hverandre, og definerer kanaler 4, i hvilke kordelene 2 er lengdeveis fritt bevegelige. Fortrinnsvis er kordelene viklet, for eksempel i spiral- eller Z-vikling, rundt strekklegemet. Denne teknikken er utførlig beskrevet i PCT/NO98/00076 av samme søker. Strekklegemet er ved sin ene ende koblet til et fundament på havbunnen og ved sin andre ende koblet til et oppdriftslegeme. I stedet for eller i tillegg til et sentralt anordnet strekklegeme 1 kan det være anordnet flere ikke-sentralt anordnede strekklegemer.

En omsluttende kappe 5 holder strekklegemet 1 samlet. Det sammensatte hybridstigerøret ifølge oppfinnelsen består også av et antall fluidtrarisportrør 6, 7 og 8, av forskjellige dimensjoner, for transport av produksjonsfluid og/eller vanninjeksjon. Ved spesielle tilfeller hvor det er små krav til strekkfasthet eller der rørledningene har tilstrekkelig strekkfasthet, er det mulig å eliminere det sentrale strekklegemet, idet rørene 6, 7 og 8 selv kan fungere som strekklegemer.

Det sammensatte hybridstigerøret kan også omfatte kontrollkabler 9, som i sin tur omfatter signalkabler, elektriske ledere, hydrauliske ledninger, fluidtransportrør og annet som det er vanlig å inkludere i en konvensjonell kontrollkabel. Disse kablene og ledningene er også hensiktsmessig anordnet i respektive kanaler, slik det er beskrevet for kontrollkabler, eller såkalte umbilicals, i norsk patent 174940 av samme søker.

Hvert av rørene 6, 7 og 8, samt kontrollkablene 9, er anordnet lengdeveis fritt bevegelige i hver sine kanaler 10, som defineres av avstandselementer 11. Avstandselementene er fortrinnsvis utformet med et eller flere hulrom 12, som under installasjonen kan fylles med luft, vann eller annet medium, f.eks. syntetisk skum, for å regulere oppdriften. For å holde avstandselementene på plass i forhold til hverandre er det utformet fremspring 13 og fordypninger 14 på flatene der avstandselementene 11 grenser opp til hverandre. Avstandselementene er fortrinnsvis langstrakte og strekker seg over hele eller store deler av det sammensatte hybridstigerørets lengde.

Rørene 6, 7 og 8 kan være anordnet i en rett linje eller de kan være viklet, for eksempel i spiral- eller Z-vikling rundt strekklegemet 1. En slik vikling gjør stigerøret mer fleksibelt og lettere å kveile. Rørene 6, 7 og 8 er laget av et komposittmateriale omfattende en matrise av plastmateriale, for eksempel epoksyharpiks, som HDPE. Rørene kan for eksempel bygges opp ved at fiberne vikles i flere lag av fortrinnsvis parallelt anordnede fibre, der minst noen av lagene krysser hverandre. Mellom hvert fiberlag legges en matrise av plastmateriale, som omslutter fiberne fullstendig. Dette gir stor motstandsdyktighet mot ytre fysisk påvirkning. Eventuelt kan rørene bygges opp av forhåndsimpregnerte fibre, såkalt prepreg, som er fibre som på forhånd er innsatt med et plastmateriale. Etter eller under påviklingen av fiberne behandles plastmaterialet, for eksempel ved varme, slik at det helt eller delvis smelter og flyter sammen til en sammenhengende matrise.

Rørene 6, 7 og 8 kan være fremstilt i én sammenhengende lengde, eller bestå av flere rørseksjoner som kobles sammen under fremstillingen av stigerøret.

En ytre beskyttende kappe 15 er anordnet rundt hele det sammensatte hybridstigerøret, for å holde elementene på plass i forhold til hverandre. Den ytre kappen består fortrinnsvis av PVC.

I og med at rørene 6,7 og 8, samt kontrollkablene 9, er lengdeveis fritt bevegelige i kanalene 10 vil det sammensatte hybridstigerøret i enkelte tilfeller, og spesielt ved mindre dimensjoner, kunne spoles opp når det skal transporteres til installasjonsstedet. Dersom stigerøret er av en slik dimensjon at oppkveiling ikke er praktisk mulig, vil stigerøret kunne slepes til installasjonsstedet, for eksempel hengende mellom to slepefartøy. Da stigerøret uansett dimensjon har en viss bøyelighet, som er større enn for et tilsvarende dimensjonert stigerør i stål, vil stigerøret kunne oppta forholdsvis store bevegelser uten å overbelastes eller utmattes. Slepet kan derfor foregå under større bølgehøyder enn det som kan tillates for et stigerør i stål.

Ved den ovennevnte konstruksjonen er det dessuten mulig å oppnå et stigerør som inneholder mindre forsterkningsfibre og har en forholdsvis liten diameter, noe som gir en ytterligere redusert bøyeradius.

Det sentrale strekklegemet kan ved installasjonen forhåndsstrekkes slik at det opptar alle statiske og dynamiske laster. Rørene og de øvrige elementene i stigerøret utsettes derfor ikke for nevneverdige belastninger. Eventuelt kan også strekklegemet overta forankringen av den flytende installasjonen til havbunnen, enten alene, sammen med strekkstag eller sammen med andre stigerør.

I strekklegemet kan det være innlagt en fiberoptisk kabel sammen med fiberne i strekklegemet. Ved hjelp av den fiberoptiske kabelen kan strekket og strukturintegriteten i strekklegemer overvåkes, slik at man kan holde regnskap med strekklegemets utmatningstilstand, hindre overbelastning og få et tidlig varsel dersom strekklegemet skulle svekkes.

Claims (11)

1. Sammensatt hybridstigerør, for transport av fluid mellom sjøbunnen og en installasjon nær eller ved overflaten, karakterisert ved at stigerøret er fleksibelt og omfatter et strekklegeme (1), for opptak av det vesentligste av stigerørets strekk, hvilket strekklegeme er laget av et komposittmateriale omfattende en matrise av et plastmateriale, for eksempel en epoksyharpiks, og et stort antall fibre, for eksempel karbon-, glass- eller aramidfibre, et antall fluidrør (6, 7, 8), hvilke rør er laget av et komposittmateriale omfattende en matrise av et plastmateriale, for eksempel en epoksyharpiks, og et stort antall fibre, for eksempel karbon-, glass- eller aramidfibre og en ytre omhylning (15), som omslutter de ovenfornevnte komponenter, idet strekklegemet (1) og fluidrørene (6, 7, 8) er plassert lengdeveis fritt bevegelig i hver sine kanaler (10), hvilke kanaler (10) dannes av et antall avstandselementer (11), der avstandselementene er splittet lengdeveis.

2. Stigerør ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en eller flere kontrollkabler (9), inneholdende for eksempel signalkabler, elektriske ledere, hydrauliske ledninger, fluidtransportrør m.m., hvilke kontrollkabler er anordnet lengdeveis fritt bevegelige i en respektiv kanal (10).

3. Stigerør ifølge krav 2, karakterisert ved at de respektive kabler og ledninger i kontrollkabelen (9) er anordnet i lengdeveis fritt bevegelige i respektive kanaler i kontrollkabelen (9).

4. Stigerør ifølge krav 1, karakterisert ved at strekklegemet er anordnet sentralt.

5. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at strekklegemet omfatter et antall kordeler (2) som holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av avstandselementer (3), idet avstandselementene (3) definerer kanaler (4) i hvilke kordelene (2) er lengdeveis fritt bevegelige.

6. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at avstandselementene (11) omfatter hulrom som kan fylles med medium for å regulere oppdrift.

7. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at avstandselementene (11) og rørene (6, 7, 8), og eventuelt kontrollkablene (9) er viklet i spiralform eller Z-form rundt strekklegemet (1).

8. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at rørene (6, 7, 8) danner én kontinuerlig, sammenhengende lengde i stigerøret.

9. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene 1-7, karakterisert ved at rørene (6, 7, 8) er satt sammen av flere sammenkoblede seksjoner.

10. Stigerør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det er innlagt en fiberoptisk kabel sammen med fiberne i strekklegemet (1), for overvåkning av strekket i strekklegemet (1) og/eller dettes strukturintegritet.

11. Anvendelse av et fleksibelt sammensatt hybridstigerør, som hver omfatter et strekklegeme (1), for opptak av det vesentligste av stigerørets strekk, hvilket strekklegeme er laget av et komposittmateriale omfattende en matrise av et plastmateriale, for eksempel en epoksyharpiks, og et stort antall fibre, for eksempel karbon-, glass- eller aramidfibre, et antall fluidrør (6, 7, 8), hvilke rør er laget av et komposittmateriale omfattende en matrise av et plastmateriale, for eksempel en epoksyharpiks, og et stort antall fibre, for eksempel karbon-, glass- eller aramidfibre og en ytre omhylning (15), som omslutter de ovenfornevnte komponenter, idet strekklegemet (1) og fluidrørene (6, 7, 8) er plassert lengdeveis fritt bevegelig i hver sine kanaler (10), hvilke kanaler (10) dannes av et antall avstandselementer (11), der avstandselementene er splittet lengdeveis, til forankring av en flytende installasjon.