NO313500B1 - Oppdriftslegeme samt fremgangsmate for anvendelse av dette - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for lokalt å meddele tilleggsoppdrift til et langstrakt element nedsenket i vann, samt et oppdriftslegeme egnet for gjennom-føring av en slik fremgangsmåte.

Oppfinnelsen benyttes særlig ved anlegg omfattende stigerørsledninger og/eller flerfunksjonskabler (umbilicals) som forløper mellom en undervannstilkobling og et flytende utstyr anbragt ved havoverflaten. Oppfinnelsen angår spesielt anlegg med dynamiske stigerørskabler (riser) av fleksibel type eller såkalte "umbilicals", som fører fra bunnen opp til et fartøy eller plattform som ikke står fast på bunnen, men beveger seg på grunn av fleksibel forankring. Et oppdriftslegeme i henhold til oppfinnelsen vil avlaste strekket i stigerørene, et strekk som skyldes egenvekt og laster. Riser-kablene og/eller rørene vil normalt hvile over oppdriftslegemet som har form av en bøye, og omslutte denne med opptil 180° vinkel. Det er vanlig å forankre slike oppdriftslegemer til bunnen ved hjelp av vaier, fibertau eller kjetting slik at oppdriftslegemene fastholdes og posisjoneres i vannet mellom bunnen og overflaten.

Ved tidligere kjente oppdriftslegemer benyttet i forbindelse med dynamiske stigerør, f.eks. en bøye utviklet for Guillemot-feltet, er det vanlig å benytte separate trykktanker i stål som i sin tur er festet til en stålkonstruksjon med ramme og formede spor for stigerør. Slike tidligere kjente trykktanksystemer har en rekke ulemper, og de viktigste av disse er nevnt nedenfor. Se også US-patent 4.793.737 og 5.505.560, som eksempler på beslektet teknikk.

Konvensjonelle trykktanker er gjerne utført i stål. Stål korroderer kraftig i sjøvann, og tankene må dimensjoneres til å motstå vanntrykket på det aktuelle dyp. Dermed blir hele bøyen svært tung og må følgelig installeres ved hjelp av et egnet kranfartøy med kapasitet til å løfte ut de tunge stål-bøyene. Bøyene må dessuten være luftfylte allerede på overflaten for å unngå innvendige korrosjonsproblemer som ville oppstå hvis vann skulle tømmes ut av tanken etter installasjon; og bøyen må derfor trekkes med kraft ned til sin ønskede posisjon da den allerede har stor oppdrift før installasjon. Oppdriften og dermed volumet må også være særlig stort fordi oppdriften også må kompensere for den høye vekten som bøyen har i seg selv på grunn av utførelsen i stål. Selv om man unngår innvendig korrosjon fordi hav-vannet ikke kommer i kontakt med innsiden av oppdriftslegemet, må man sørge for en grundig utvendig korrosjonsbeskyttelse både ved hjelp av overflatebelegg og offeranoder. Alt i alt blir alle disse forholdsregler svært dyre både under montasje og vedlikehold. Det blir også nødvendig med regelmessig inspek-sjon for å sikre seg mot korrosjonsskader.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et nytt oppdriftslegeme for bruk i forbindelse med dynamiske riser-systemer og hvor de ovennevnte ulemper unngås. Dette oppnås dels ved å benytte en ny fremgangsmåte under utleg-ging, idet oppdriftslegemet legges ut mens det meste av volumet inne i oppdriftslegemet står i fri kommunikasjons-samband med omgivelsene. Dette sikrer at oppdriftslegemets struktur ikke utsettes for store og ødeleggende utvendige trykk.

Dette innebærer at også det innvendige volum av et oppdriftslegeme i henhold til foreliggende oppfinnelse vil utsettes for sjøvann under utlegning. Dette kan tillates fordi den nye konstruksjonen fortrinnsvis er fremstilt av et materiale som er korrosjonsbestandig like overfor sjøvann. Et fordelaktig materiale er glassfiberarmert plast (GRP), men andre kompositter med fiberforsterkning kan også benyttes.

Forholdene som er nevnt ovenfor, fører også til flere andre fordeler ved oppdriftslegemer i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fordi komposittmaterialer med fiberforsterkning, f.eks. av KEVLAR, eller GRP er et materiale med lav egenvekt, vil kravet til løftekapasitet reduseres dras-tisk. Den lave vekten gjør også at flere oppdriftslegemer kan fraktes ut til det aktuelle brukerstedet på et mindre skip, noe som reduserer montasjeutgiftene ytterligere. Videre kan oppdriftselementet installeres i komplett form, det vil si med forankringsline koblet til bøyen mens vekten for forankringslinen allerede kan være utlignet med hjelp av innvendige/eksterne oppdriftselementer. Dette utelukker imidlertid ikke at forankringslinen i steden kan tilkobles etter at oppdriftselementet er senket ned til bruksstedet. Monterings-metoden blir derfor svært fleksibel og kan tilpasses de lokale forhold. Bøyen kan designes slik at den blir tilnærmet nøytral eller har en begrenset oppdrift nedsenket i vann.

Materialet som velges fører til at det ikke er noen korrosjonsproblemer og dette igjen fører til at etterfylling med luft og eventuelt også kontroll av et overtrykk i oppdrif tskamrene kan benyttes. Endog ballastering med sjøvann kan benyttes uten problemer.

Når det gjelder selve konstruksjonsformen gir også løs-ningen i henhold til oppfinnelsen stor fleksibilitet og fri-het til å velge former som er svært hensiktsmessige for bruken. Således kan sadlene som riserne hviler på tildannes av selve den utvendige flaten på oppdriftselementet. Formgivningen av selve skroget på oppdriftselementet kan dermed tilpasses den minste tillatte bøyeradius for den aktuelle dynamiske stigerør eller umbilical. Likeledes blir det enkelt å integrere selve oppdriftstanken eller oppdriftstankene i oppdrif tselementet som i sin helhet kan støpes i GRP-materiale eller et annet egnet kunstmateriale, f.eks. et kompositt-materiale med armeringsfibre.

Endelig kan oppdriftselementet omfatte flere innvendige rom med egnet form og plassering, og hvert av disse innvendige rom kan være forsynt med ventiler, noe som igjen fører til at spesifikke rom kan fylles med sjøvann som ballast-kamre, mens andre rom kan fylles med gass, fortrinnsvis luft, for kontroll av oppdriften. Når oppdriftstanken eller -tankene som består av GRP-materiale fylles med luft, kan de fylles inntil lufttrykket tilsvarer trykket på rådende vann-dyp, og dette vil sikre at oppdriftselementets vegg ikke utsettes for et kraftig utvendig trykk, noe som ved konvensjonelle løsninger lett kan få oppdriftskamrene til å implo-dere.

Endelig kan tanken eller tankene være utstyrt med over-trykksventiler for å hindre overtrykk i tanken mens luft-fylling pågår. Dersom innvendig overtrykk benyttes, vil en eventuell lekkasje føre til at noe luft siver ut før legemet begynner å miste noe av sin oppdrift. Det blir derfor også mulig å oppdage en eventuell lekkasje før oppdriften blir redusert.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av et utførelseseksempel, samt til de ledsagende tegninger hvor: Fig. l viser en perspektivfremstilling av et oppdriftslegeme konstruert for å bære oppe endel av vekten eller hele vekten til én eller flere riser-kabler

eller lignende, og

fig. 2 viser et snitt gjennom et oppdriftslegeme for klarere å antyde inndelingen i flere separate kamre og formgivningen av oppdriftslegemet mer detaljert.

Det gjøres allerede nå oppmerksom på at de samme hen-visningstall er benyttet i begge figurene så langt dette er funnet hensiktsmessig, at målestokken på de forskjellige figurer eller på den enkelte figur ikke nødvendigvis overalt er den samme, og at tegningene bare er ment å vise prinsippet for oppfinnelsen, mens rent konstruktive detaljer som ikke er helt nødvendige for å forstå oppfinnelsen, kan være utelatt for at ikke tegningene skal bli overlesset med unødige detaljer.

På fig. 1 er det vist et utsnitt av fem stigerørskabler l. Disse kablene kan ha lengder på flere hundrede meter, men på figuren er det bare vist et lite utsnitt der hvor kablene passerer over et langstrakt oppdriftslegeme 2 og hviler på dette. Oppdriftslegemet 2 er på figuren vist festet til for-ankringsliner 3,4 som er samlet til trosser 5,6 som i sin tur er festet til tunge ankerplater 7,8 som befinner seg på havbunnen. Alt utstyret er selvsagt omgitt av vann slik at oppdrif tslegemet 2 flyter i en høyde over havbunnen bestemt av lengden på trossene 5,6 og forankringslinene 3,4.

Oppdriftslegemet er på oversiden forsynt med føringsspor 9 for fastholding av de enkelte kabler 1, og disse førings-spor kan fortrinnsvis være kileformede åpninger mellom to forhøyede ribber 10,11 for fastholding av kabler 1 med ulik ytre diameter.

Oppdriftslegemet 2 tenkes fremstilt av et fortrinnsvis ganske tynnvegget materiale som ikke nødvendigvis behøver ha stor mekanisk styrke, men som må være svært korrosjonsbestandig og kompatibelt med sjøvann, og kan fortrinnsvis ha en overflate beskyttet mot groing.

Når oppdriftslegemet skal posisjoneres kan ventiler (ikke vist i fig. 1), som forbinder oppdriftslegemets indre med omgivelsene, stå åpne, slik at større eller mindre deler av det innvendige volum fylles med vann. Dermed vil trykket på innsiden og utsiden av oppdrif tslegemet 2 være det samme under hele nedsenkningsprosedyren. Allerede nå skal det nevnes at det innvendige volum av oppdrif tslegemet 2 kan være oppdelt i flere kamre, hver med sin(e) ventil(er) mot omgivelsene. Dermed kan enkelte kamre være fylt med vann eller endog med en væske tyngre enn vann, for ballasteringsformål ; mens andre deler av det innvendige volum kan være gassfylte eller som nevnt ovenfor, stå i direkte kommunikasjon med det omgivende sjøvann slik at det fylles av dette. Normalt vil oppdriftslegemet 2, før nedsenkning under havoverflaten, være justert, hva oppdriften angår, slik at det vil synke i vann og samtidig være ballastert slik at det inntar en orientering med sadelen og føringssporene 9 vendt oppover, og med fortøy-ningsfester eller sjakler 19,2 0 vendt nedover slik som vist på figuren. Alle kamre bør/kan være væskefylt under nedsenk-ing. Nødvendig oppdrift oppnås med separate oppdriftslegemer som eventuelt kan integreres i tank.

Når oppdriftslegemet 2 er kommet ned til riktig dybde og er blitt forankret i ankerplatene 7,8, kan oppdriften til hele oppdriftslegemet justeres ved at endel av kamrene etter-fylles med gass, f.eks. ved hjelp av dykkere eller ved hjelp av en ROV-enhet. Så snart oppdriften er justert til ønsket verdi, stenges de aktuelle ventiler.

På denne måten oppnår man en stabilisert understøttelse av én eller flere kabler 1 underveis fra havbunnen og opp mot havoverflaten. Det kan selvsagt benyttes flere slike oppdrif tslegemer , eventuelt montert i forskjellige nivåer over havbunnen og justert for opptak av en ønsket del av kabelens totale strekk.

For detaljer ved konstruksjonen kan vises til fig. 2, som viser et tverrsnitt gjennom et oppdriftslegeme 2 i henhold til fig. 1.

I det viste tverrsnitt består hovedrommet i oppdriftslegemet av ett separat kammer eller hulrom 12. Imidlertid kan oppdriftslegeme 2 være inndelt i flere kamre, f.eks. ved hjelp av tverrgående eller langsgående skott i det viste hulrom 12. Hvert av de dermed fremkomne hulrom må være forsynt med kommunikasjonsvei til omgivelsene, noe som f.eks. kan skje via et ventilpanel 13 som vist på figuren.

På fig. 2 er det dessuten antydet at det kan være til-dannet ytterligere ballasteringsrom 16,17, i det viste eksempel antydet inne i vulster 14,15 plassert langs diame-tralt motsatte sidekanter av oppdriftslegemet 2. Disse ytterligere ballasteringsrom 16,17 kan være forsynt med sine egne ventiler for fylling med f.eks. vann. På figuren er det dessuten antydet at den oppovervendende overflate 18 til oppdrif tslegemet 1 er gitt en slik form at kablene 1 som hviler på oppdriftslegemets overflate 18 vil måtte følge formen på denne overflate. Det er derfor fordelaktig at formgivningen er slik at kabelen ikke vil kunne innta en krumning med uheldig liten krumningsradius, antydet ved R. Slik sett er det derfor ikke nødvendig at vulstene 14,15 er hule og omgir ballasteringskamre. Vulstene 14,15 kan eventuelt også bare være en ren støttestruktur i form av et "skjørt" for støtte av riser der denne forlater oppdriftslegemet.

Som det dessuten vil forstås av fig. 2 kan sadelen 9,10 ved oversiden 18 av oppdriftslegemet 1, være integrert i oppdrif tslegemets vegg og støpt samtidig med denne eller laget separat og festet til selve legemet på en eller annen konven-sjonell måte. Likeledes kan det være anbragt et skott (stiplet på figuren) som avdeler en øvre del 21 av legemet. Dette kan bestå av et separat oppdriftselement, f.eks. integrert i veggen.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen kan modifiseres på mange måter uten å komme utenfor rammen av oppfinnelsen. Således kan ulike materialer benyttes så lenge disse er korro-sjonsbestandige og tåler sjøvann, GRP er bare nevnt som ett foretrukket materiale. Tykkelsen på materialveggen kan være relativt liten da differensialtrykket ikke behøver å være stort, men veggtykkelsen kan om ønskes økes slik at konstruksjonen blir så stabil og kompakt at den tåler det rådende trykk. Deler av materialet kan også være porefylt og slike porer/hulrom kan være fylt med en annen gass enn luft. Trykket inne i oppdriftslegemets hulrom 12 og/eller i porer som inngår i et porefylt materiale, kan med fordel være omtrent lik trykket i det omgivende vann ved det nivå hvor oppdriftslegemet posisjoneres, men trykket kan også med hensikt økes noe ut over dette, slik at det normalt rår et moderat overtrykk inne i oppdriftslegemet 12. Dette vil kunne sikre at dersom en lekkasje oppstår, så vil den totale oppdriften opprettholdes inntil en eventuell lekkasje er oppdaget og de nødvendige foranstaltninger er tatt. Ved oppdeling av oppdrif tslegemets innvendige volum med flere tverrstilte skott, kan man også tilpasse oppdriften langs oppdriftslegemet 2 slik at dette er avpasset i overensstemmelse med vekten av de kabler 1 som hviler over det enkelte kammer. Om ønskes kan oppdriftslegemet være utstyrt med fastspenningsorganer for fastspenning av legemet 2 til elementet(ene) 1.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for lokalt å understøtte minst ett langstrakt element (1) nedsenket i vann, og hvor den lokale understøttelse oppnås ved hjelp av minst en nedsenket, langstrakt sadelbøye (2) som nedsenkes i vann og anbringes under en del av elementet(ene) (l), karakterisert ved at i det minste endel av sadelbøyen (2), som i sin helhet er korrosjons- og vannbeståndig, er forsynt med minst ett indre volum (12) som på i og for seg kjent måte settes i forbindelse med omgivelsene før nedsenkningen i vann foretas; slik at de(t) tilsvarende volum oppnår samme innvendige trykk som trykket i omgivelsene når sadelbøyen (2) senkes ned, og at minst et av de aktuelle volumområder (12) fylles med gass når sadelbøyen(e) (2) har nådd ned til ønsket dybde.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at gassen er luft.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassen føres inn i legemet (2) til det oppstår et overtrykk inne i legemet (2).

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at enkelte volum (16,17) i legemet (2) fylles med vann eller en væske tyngre enn vann for å ballastere oppdriftslegemet (2).

5. Sadelbøye (2) innrettet til å understøtte minst ett langstrakt element (1) senket ned i vann, og da særlig stige-rørsledninger eller flerfunksjonskabler (1) som forløper mellom en undervannsbrønn og en flytende anordning på havoverflaten, og hvor sadelbøyen (2) er hul og omfatter for-tøyningssjakler (19,20) innrettet til å forbinde bøyen (2) med minst ett anker (7,8) karakterisert ved at sadelbøyen (2) har form av ett sammenhengende element laget i ett stykke og omfatter minst ett innvendig kammer (12,16,17), at hvert kammer (12,16,17) på i og for seg kjent måte er forsynt med minst én ventil (13) innrettet til å åpne/stenge ut mot omgivelsene, og at hele elementet er fremstilt av et korrosjonsbestandig og sjøvannsbestandig materiale, fortrinnsvis et fiberfor-sterket polymerlaminat.

6. Sadelbøye ifølge krav 5, karakterisert ved at den er forsynt med minst ett integrert føringsrør (9,10,11) idet krumningsradien til sadelbøyen (2) langs føringene (9,10,11) er lik eller større enn stigerørskabelens (1) minste tillatte krumningsradius.

7. Sadelbøye (2) ifølge et av kravene 5 eller 6, karakterisert ved at bøyen (12) er forsynt med minst ett ytterligere oppdriftslegeme (21) med konstant oppdrift.

8. Sadelbøye (2) ifølge krav 7, karakterisert ved atde(t) konstante oppdriftslegeme(r) (21) er integrert i veggen til sadelbøyen (2) .