NO312358B1 - Offshore laste- eller produksjonssystem for et dynamisk posisjonert skip - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et offshore laste- eller produksjonssystem for et dynamisk posisjonert skip, omfattende en neddykket, fluidoverførende stigerøranordning som strekker seg mellom en tilførselsanordning og et koplingshode for tilkopling til en tilkoplingsanordning på skipet.

Fra US patent 3 515 179 er det kjent en innretning for lasting eller lossing av tankskip ved hvilken en ende av en neddykket, fluidoverførende ledning er festet til en kabel som er opphengt i en bøye. Et tankskip som ankommer til bøyen, plukker opp enden av ledningen hvoretter denne ende festes til laste/losseledninger på tankskipet og lasting/lossing finner sted. Tankskipet kan være forsynt med en dynamisk posisjoneringsanordning, slik at benyttelse av fortøyningsliner eller ankere ikke er nødvendig.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et laste- eller produksjonssystem av den innledningsvis angitte type som er kostnadseffektivt og som også er egnet for benyttelse på mindre vanndyp enn tilsvarende systemer ifølge den kjente teknikk.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et slikt system hvor koplingshodet ved den øvre ende av stigerøranordningen ikke krever noen reposisjonering før tilkopling av det aktuelle skip.

For oppnåelse av ovennevnte formål er tilveiebrakt et lastesystem av den angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at stigerøranordningen omfatter et nedre stigérørparti som strekker seg langs havbunnen og er innrettet til å innta en bølget form over havbunnen ved hjelp av minst ett bunnforankret, første oppdriftselement, og et øvre stigérørparti hvis nedre ende er forbundet med en til-hørende ende av det nedre stigérørparti via et andre oppdriftselement, og hvis øvre ende er forbundet med koplingshodet via en svivelenhet, idet det øvre stigérørparti er forsynt med ett eller flere flytelegemer, og at det andre oppdriftselement er forbundet med en støtteforankring som strekker seg langs havbunnen i retning bort fra det nedre stigérørparti.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av utførelses-eksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk sideriss av et lastesystem ifølge oppfinnelsen, med et tankskip tilkoplet til systemet,

fig. 2 viser et sideriss av systemet på fig. 1, i frakoplet tilstand,

fig. 3 viser et skjematisk grunnriss av den nedre del av systemet på fig. 1, fig. 4 viser et sideriss av en utførelse av et koplingshode,

fig. 5 viser et sideriss av en utførelse av et bunnforankret oppdriftselement som samtidig utgjør et støttelelement for det nedre stigérørparti,

fig. 6 viser et sideriss av oppdriftselementet på fig. 5, sett i retning parallelt med planet for fig. 5,

fig. 7 viser et tilsvarende sideriss som fig. 6, hvor elementet er forsynt med en stigerørstopper, og

fig. 8 og 9 viser henholdsvis et sideriss og et grunnriss av en utførelse av systemets andre oppdriftselement.

På fig. 1 er det vist et dynamisk posisjonert tankskip (DP-tankskip) 1 som flyter på overflaten 2 av en vannmasse 3, og som er tilkoplet et lastesystem omfattende en stigerøranordning 4 som strekker seg mellom en ikke vist tilførselsanord-ning, eksempelvis et oljelager på f.eks. et nærliggende produksjonsskip, og et koplingshode 5 for tilkopling til et lasteinntak i form av en baugmanifold 6 på tankskipet.

I overensstemmelse med oppfinnelsen omfatter stigerøranordningen 4 et nedre stigérørparti 7 som strekker seg langs havbunnen 8 og er innrettet til å innta en bølget form eller "pukkel"-form over havbunnen ved hjelp av minst ett bunn-forankret, første oppdriftselement 9, og et øvre stigérørparti 10 hvis nedre ende er forbundet med den øvre ende av det nedre stigérørparti 7 via et andre oppdriftselement 11, og hvis øvre ende er forbundet med koplingshodet 5 via en svivelenhet 12. En ytterligere svivelenhet 13 kan ved behov også være anordnet mellom oppdriftselementet 11 og stigerørpartiet 10. Et antall flytelegemer 14 er anordnet langs lengden av det øvre stigérørparti 10, for å sikre at dette vil innta en tilnærmet vertikal konfigurasjon i vannet. Oppdriftselementene 9 og 11 kan bestå av passende oppdriftstanker.

Det nedre stigérørparti kan utføres med enkel eller dobbel "pukkel" ved benyttelse av henholdsvis ett eller to oppdriftselementer 9, for å sikre nødvendig fleksibilitet i lastesystemet når tankskipet 1 beveger seg under varierende miljøbelastninger. I den viste utførelse er stigerørpartiet 7 forbundet to slike oppdriftselementer 9, idet hvert av elementene er forankret til havbunnen ved hjelp av minst én ankerline 15 som er dreibar om sitt forankringspunkt 16 på havbunnen under varierende dyna-mikk og belastninger. Dermed sikres en optimal bevegelseskarakteristikk og at rela-tivt sett små krefter overføres fra skipet til stigerøranordningen under de varierende og ofte marginale forhold som tankskipene opererer under i forbindelse med off-shorelasting.

Den doble "pukkel"-konfigurasjon er mest aktuell å benytte når vanndypet er mindre enn ca. 120 m. Denne spesielle stigerørkonfigurasjon gir økt fleksibilitet for tankskipet. Dette betyr at det foreliggende system vil kunne opprettholde en høyere lasteregularitet på små vanndyp enn hva andre kjente DP-baserte lastekonsepter ville være i stand til å opprettholde.

Det andre oppdriftselement 11, som er innkoplet mellom det nedre og det øvre stigérørparti 7 hhv. 10, er videre forbundet med en lett støtteforankring 17 som strekker seg langs havbunnen 8 i retning bort fra det nedre stigérørparti 7.1 den viste utførelse omfatter støtteforankringen to ankerliner 18 som divergerer bort fra det nedre stigérørparti 7 fra sin forbindelse med det andre oppdriftselement 11, slik som best vist i grunnrisset på fig. 3. Den på fig. 3 viste, sirkelsektorformede dobbeltpil illustrerer at tankskipet 1 kan dreie 360° om svivelforbindelsen mellom koplingshodet 5 og det øvre stigérørparti 10.

Hver av ankerlinene 18 er i sitt område nær sitt forankringspunkt 19 på havbunnen 8 forsynt med et oppdriftslegeme 20, for å holde vedkommende parti av ankerlinene i en hevet stilling over havbunnen. Når tankskipet 1 tilkoples til lastesystemet, løftes støtteforankringen 17 opp fra havbunnen og vil bidra til å sikre at det øvre stigérørparti 10 bibeholder sin vertikale konfigurasjon under skiftende vær-forhold og skipsbevegelser. Når tankskipet frakoples, vil støtteforankringen trekke stigerørene inn mot ønsket lagringsposisjon. I denne posisjon kan de nedre bukt-partier av det nedre stigérørparti 7 hensiktsmessig hvile på havbunnen.

Når det gjelder koplingshodet 5 og det aktuelle utstyr for tilkopling av tankskipet, vil dette i det vesentlige svare til tilsvarende utstyr som i dag som benyttes for offshore lasteoperasjoner.

For å sikre at koplingshodet 5, som normalt veier over 1 tonn, ikke skal innta en uønsket, nedoverbøyd stilling når denne del av systemet er neddykket i sjøen, kan koplingshodet være forsynt med et spesielt oppdriftsarrangement, slik som vist i den alternative utførelse ifølge fig. 4.1 denne utførelse er koplingshodet 5 forsynt med to oppdriftsbøyer 25 som er forbundet med de ytre ender av respektive armer 26 som er dreibart forbundet med et koplingshodelegeme 27 på diametralt motsatte sider av dette. Som vist, er armene 26 forsynt med støtteflater 28 for å sørge for sideveis understøttelse av koplingshodelegemet 27 når koplingshodet er neddykket i sjøen og armene holdes i oppadrettet stilling ved hjelp av oppdriftsbøyene 25.

Når det øvre stigérørparti 10 med koplingshodet 5 løftes ut av sjøen, vil de dreibare armer 26 og bøyene 25 innta den nedoverrettede stilling som er vist stiplet på fig. 4, og dermed innta en stilling hvor de ikke vil forstyrre tilkoplingen av tilkop-lingshodet til skipets baugmanifold 6.

Slik det fremgår av fig. 4, er armene 26 dreibart forbundet med festeører på et såkalt spolestykke 29, og en svivel 30 er anordnet mellom spolestykket og kop-lingsholdets øvre endeparti 31 som på sin side ender i en flens 32 for tilkopling til skipets baugmanifold. Endepartiet er videre forbundet med et vaierskrev 33 som er forbundet med en flyteline 34, slik som vist på fig. 2 som viser systemet i frakoplet tilstand.

Som vist på fig. 2, er flytelinen 34 koplet til to flyte- og markeringsbøyer 35 som flyter på vannoverflaten 2 i systemets frakoplede tilstand, for å markere systemets posisjon. Over vaierskrevet er det videre anordnet to oppdriftsbøyer 36 som er koplet til flytelinen 34 og som bidrar til å opprettholde den vertikale konfigurasjon av det øvre stigérørparti 10 når systemet er frakoplet. En svivel (ikke vist) kan eventuelt være anordnet på flytelinen over oppdriftsbøyene 36.

En utførelse av det første oppdriftselement 9 er vist på fig. 5-7. Oppdriftselementet er her utformet som en støtterull 40 med periferiske spor for understøttelse av opptil tre stigerør 41, 42, 43, idet systemet da forutsettes tilpasset til benyttelse av flere stigerør i parallell. Dette kan eksempelvis være aktuelt i forbindelse med flytende produksjonssystemer hvor det benyttes et DP-basert FPSO-fartøy, dvs. et fartøy for flytende produksjon, lagring og lossing (Floating Production Storage and Offloading). Den viste støtterull 40 er dreibart opplagret ved hjelp av en aksel 44 som ved sine ender på passende måte er koplet til en respektiv ankerline 15. Som vist, er støtterullen 40 ved sine ender forsynt med oppstående tapper 45 for styring og fast-holdelse av en stigerørstopper 46 som har som oppgave å holde stigerørene 41-43 på plass på rullen.

Fig. 8 og 9 viser en utførelse av lastesystemets andre oppdriftselement 11. Oppdriftselementet består her av en oppdriftstank som på to motsatte sider er forsynt med festeører 47 med koplingsledd 48 for tilkopling av støtteforankringens ankerliner 18.1 denne utførelse er en svivel 49 hhv. 50 anordnet både over og under opp-drifts-elementet, på det respektive stigérørparti.

Den ovenfor omtalte FPSO-løsning med flere parallelle stigerør er meget fordelaktig, da den gir et system med stor bevegelsesfleksibilitet på grunt vann, sammenliknet med de tidligere kjente systemer. Utførte beregninger viser at et slikt skip vil kunne bevege seg typisk ± 50 m langs den akse som stigerørene er orientert i på havbunnen, og tilsvarende ca. ± 25 m på tvers av denne akse. Skipet kan fritt dreie i begge retninger om tilkoplingspunktet når dette punkt ligger innenfor det tillatelige bevegelsesområde som er definert ved ovennevnte langsgående og tverrgående beve-gelse av skipet.

Et FPSO-fartøy vil typisk være forsynt med en sentral moonpool hvor stige-rørene trekkes inn. På fartøyet termineres stigerørene i en motorisert høytrykkssvivel som sørger for at fartøyet fritt kan dreie rundt i begge retninger og ligge orientert mot den fremherskende værretning.

Når systemet ifølge oppfinnelsen benyttes i forbindelse med et produksjonssystem, vil stigerøranordningen være forskjellig fra lastevarianten som er vist på fig. 1 og 2. Det øvre stigérørparti med flytelegemer og svi vier vil da være erstattet av et koplingshode med én eller flere oppdriftsbøyer. Stigerøranordningen vil omfatte opptil tre stigerør med en diameter på eksempelvis 8-10 tommer, og for eksempel to kontrollkabler ("umbilicals") for elektriske og hydrauliske signaler. Stigerør og kabler er anordnet slik at de installeres sekvensielt av produksjonsfartøyet. Ferdig installert vil stigerør og kabler ligge i parallell over oppdriftselementene, dvs. i respektive spor i de foran beskrevne ruller (fig. 5-7).

De aktuelle stigerør og kabler termineres i ovennevnte koplingshode som trekkes inn i fartøyet, fortrinnsvis i en sentralt plassert moonpool (slik som nevnt ovenfor), for å redusere de dynamiske belastninger på stigerørene. En elektrisk drevet svivel på dekksnivå sørger for at skipets dreining i forhold til været kompenseres etter behov. Svivelen er utformet slik at stigerør og koplingshode kan frakoples og droppes i løpet av ca. 30 sekunder eller mindre. Når koplingshodet med oppdrifts-bøye (eller bøyer) er droppet, vil det innta en stabilisert, nedsenket posisjon i vannet, og være klart for en ny inntrekking i produksjonsfartøyet.

Systemet ifølge oppfinnelsen oppviser en rekke fordeler som kan sammen-fattes som følger:

■ Kostnadseffektivt system

■ Kan benyttes på mindre vanndyp enn tilsvarende kjente systemer

■ Det øvre stigérørparti inntar en vertikal stilling i sjøen når et skip ikke er tilkoplet, og krever ingen reposisjonering for tilkopling av et skip

■ Et tankskip kan kople seg til eller fra systemet uten assistanse av et hjelpefartøy

■ Alle deler av systemet som utsettes for slitasje, kan heves til overflaten for ved-likehold og utskifting ■ Systemet kan tilpasses for bruk med flere parallelle stigerør, og kan anvendes for DP-baserte FPSO-systemer.

Claims (10)

1. Offshore laste- eller produksjonssystem for et dynamisk posisjonert skip, omfattende en neddykket, fluidoverførende stigerøranordning (4) som strekker seg mellom en tilførselsanordning og et koplingshode (5) for tilkopling til en tilkoplingsanordning (6) på skipet (1), karakterisert ved at stigrøranordningen (4) omfatter et nedre stigérørparti (7) som strekker seg langs havbunnen (8) og er innrettet til å innta en bølget form over havbunnen ved hjelp av minst ett bunnforankret, første oppdriftselement (9), og et øvre stigérørparti (10) hvis nedre ende er forbundet med en tilhørende ende av det nedre stigérørparti (7) via et andre oppdriftselement (11), og hvis øvre ende er forbundet med koplingshodet (5) via en

svivelenhet (12), idet det øvre stigérørparti (10) er forsynt med ett eller flere flytelegemer (14), og at det andre oppdriftselement (11) er forbundet med en støtteforankring (17) som strekker seg langs havbunnen (8) i retning bort fra det nedre stigérørparti (7).

2. Lastesystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det nedre stigérørparti (7) er forbundet med to første oppdriftselementer (9) som hvert er forankret ved hjelp av minst én ankerline (15) som er dreibar om sitt forankringspunkt (16) på havbunnen (8).

3. Lastesystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at støtteforankringen (17) omfatter to ankerliner (18) som divergerer i retning bort fra det nedre stigérørparti (7) fra sin forbindelse med det andre oppdriftselement (11).

4. Lastesystem ifølge krav 3, karakterisert ved at hver av ankerlinene (18) i sitt område nær sin forbindelse med havbunnen (8) er forsynt med et oppdriftslegeme (20) for å holde vedkommende parti av ankerlinene (18) i en hevet stilling over havbunnen (8).

5. Lastesystem ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det første oppdriftselement (9) er utformet som en støtterull (40) for understøttelse av minst ett stigerør (41), idet rullen (40) er dreibart lagret ved hjelp av en aksel (44) som ved sine ender er koplet til en respektiv ankerline (15).

6. Lastesystem ifølge krav 5, karakterisert ved at støtterullen (40) er forsynt med en stigerørstopper (46) for å holde det minst ene stigerør (41) på plass på rullen.

7. Lastesystem ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at koplingshodet (5) er forsynt med to oppdriftsbøyer (25) som er forbundet med de ytre ender av respektive armer (26) som er dreibart forbundet med et koplingshodelegeme (27) på diametralt motsatte sider av dette, idet armene (26) er innrettet for sideveis understøttelse av koplingshodelegemet.

8. Lastesystem ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at koplingshodet (5) er forbundet med en flyteline (34) som er koplet til flyte- og markeringsbøyer (35) og er innrettet til å flyte på vannoverflaten (2) når systemet ikke er i bruk.

9. Lastesystem ifølge krav 8, karakterisert ved at flytelinen (34) er forbundet med koplingshodet (5) via et vaierskrev (33).

10. Lastesystem ifølge krav 9, karakterisert ved at minst én oppdriftsbøye (36) er anordet på flytelinen (34) over vaierskrevet (33).