NO314056B1 - Fremgangsmåte for legging av en rörledning på sjöbunnen ved kveilemetoden,for kontrollert termisk ekspansjon - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE FOR LEGGING AV EN RØRLEDNING PÅ SJØBUNNEN VED KVEILEHETODEN, FOR KONTROLLERT TERMISK EKSPANSJON.

Denne oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for legging av en rørledning på sjøbunnen ved hjelp av et rørlednings-fartøy, for kontrollert termisk ekspansjon. Nærmere bestemt gjelder søknaden en fremgangsmåte for variert tilbakebøying av rørledningen etter at rørledningen har blitt plastisk bøyd ved mating inn over et buet parti på en leggerampe, eller etter lagring på en kveilerørstrommel og påfølgende ut-kveiling.

Kjent teknikk på området.

En fremgangsmåte for legging av rørledning er vist i US-patent 4 992 001, "Method of deepwater pipelay". Fremgangsmåten omfatter legging av røledning på vanndybder større enn 100 fot, hvor rørledningen settes sammen om bord på et legge-fartøy. Etter hvert som rørledningen mates ut bøyes den forbi de typiske elastiske bøyebegrensningene og konvensjonelle bøyetøynings-begrensningene under legging når den passerer langs en "stinger" hvor den fortløpende bøyes i motsatt retning for å fjerne uelastisk bøyning. Når røret løper ut i sjøen opprettholdes en generelt horisontal aksial belastning på rørledningen etter hvert som den faller til ro på sjøbunnen slik at den endelige in-situ residualkurvatur for rørled-ningen er nær null eller faller innenfor et godtagbart områ-de .

US-patent 5 975 802 beskriver et rørleggingsfartøy med produksjon av rørledning på dekk og en bane som leder den sammenstilte rørledningen til en rampe med regulerbar helningsvinkel hvor rørledningen løper ut i sjøen. Rampen omfatter en holdemekanisme for rørledningen og en utrettings-mekanisme for å fjerne uelastisk bøyning som US 4 992 001. Rørledningen kan løpe ut forover fra produksjonsområdet på dekk og i en bue opp og akterover til rampen, eller den kan løpe ut akterover fra produksjonsområdet til rampen.

En artikkel av Lanan, G. A: "Mobile Bay Fairway Field Flowline Project", OTC 7014 på Offshore Technology Con-ference, Houston, Texas, 1992, også beskrevet i Lanans US-patent 5 403 121, beskriver en rørledning lagt i en sikk-sakk konfigurasjon langs sjøbunnen for at rørledningen skal kunne ekspandere eller kontrahere sideveis ved økende eller avta-kende temperatur. Dobbelt forhåndsknekkede rør, med en knekkeperiode på ca. 23 meter og med knekkevinkler på 8 grader, settes sammen på dekk til en rørledning og mates ut i sjøen via en leggerampe. Lanan skriver i patentets kolonne 1, linjene 22-30: "Rørledningsspennet mellom fartøyets akterende og sjøbunnen understøttes typisk av en stinger festet til fartøyets akterende, og røret holdes under en aksial strekk-kraft. Ved å anvende denne strekk-kraften på en rørledning med ekspansjonssløyfer vil man overskride de elastiske strekkgrensene for en typisk ekspansjonssløyfe. Typiske ekspansjonssløyfer ville heller ikke kunne passere på en enkel måte gjennom leggefartøyets strekkemaskiner eller stinger." Lanan har en faglig fordom om at strekkraften under legging av en rørledning med ekspansjonssløyfer vil overskride de elastiske strekkgrensene for en typisk ekspansjons-sløyfe. Dette er ikke tilfelle ifølge foreliggende oppfinnel-se .

GB 2 2 87 297 beskriver en fremgangsmåte for legging av en undersjøisk rørledning omfattende dannelse av en rørled-ning fra rette rørseksjoner og så bøye den rette rørledningen slik at den utgjør en rekke vekselvis rettede bend langs rørledningens lengde etter hvert som rørledningen mates ut i sjøen. En bøyestasjon med et sett av tre tverrstilte, hori-sontalt rettede par av hydrauliske stempler, hvor hvert par av stempler er motstående hverandre og rettet til å trykke inn mot røret, bøyer røret sideveis i ønsket grad.

Norsk utlegningsskrift NO 158.234 beskriver en fremgangsmåte ved utlegging og fundamentering av en undervanns-rørledning i områder med fremstikkende fjellpartier og mellomliggende sedimentdekkede forsenkninger. Oppfinnelsen gir anvisning på en leggernetode som egner seg i områder med svært ujevn bunn og er karakterisert ved at rørledningen forsynes med forhåndsbøyde vinkelformede bend i horisontalplanet slik at rørledningen får et forløp med tilnærmet jevnt anlegg mot et underlag av fortrinnsvis sedimentdekket bunn utenom de fremstikkende fjellpartier. Rørledningen kan også forsynes med forhåndsbøyde vinkelformede bend i vertikalplanet slik at rørledningen får et forløp med tilnærmet jevnt anlegg mot de fremstikkende fjellpartiene og mot den mellomliggende sedimentdekkede bunnen.

Norsk patent NO 175.223 viser en fremgangsmåte ved utlegging av en rørledning på ujevn havbunn hvor oppfinnelsen kjennetegnes ved at rørledningen på arbeidsdekket til et leggefartøy forsynes med ett eller flere forhåndsbøyde rør-stykker slik at rørledningen langs en forhåndsvalgt under-vannstrase får et forløp som følger bunnens ujevnheter idet rørstykkene sveises inn i rørstrengen sammen med for øvrig rette rørstykker og senkes ned til havbunnen fra legge-fartøyet.

Rørledningen ifølge norsk patentsøknad NO 1996.5434 består av rette og forhåndsbøyde rørstykker som kan monteres i valgfrie sekvenser avhengig av forskjellige forhold i hver enkelt situasjon. Når rørledningen legges under strekk, vil røret i tillegg til forlengelse på grunn av aksiell tøyning forlenges ved at de forhåndsbøyde rørstykkene helt eller delvis blir rettet ut. Dette gir en rørledningen en større mulighet for å oppta temperaturutvidelse enn en rørledning uten forhåndsbøyde rørstykker. Når temperaturen øker og rørledningen utvider seg i lengderetningen, vil de forhånds-bøyde rørstykkene bøye seg tilbake til, og siden forbi, den opprinnelige formen i ubelastet tilstand, slik at vinkelen mellom de rette rørstykkene og rørledningens hovedretning øker og lengdeøkningen dermed ikke fører til skadelige trykk-krefter i rørledningen.

Problemstilling.

Vanligvis vil rørledninger på sjøbunnen som transporte-rer olje og gass under høye trykk og temperaturer kunne utsettes for aksielle kompresjonskrefter som kan føre til at rørledningen knekker ut, såkalt rørslyng, og hvor påkjenningene på det utknekte rør overskrider akseptkriteriene og kan føre til sammenbrudd av rørledningen. Det er derfor vanlig praksis å grave ned og/eller å steindumpe rørledninger for å holde dem på plass. Slik nedgraving eller å steindumping er kostbart og kan være i konflikt med andre interesser i sjøen, for eksempel ved at det kan forstyrre eller forhindre fiske-ri. Nedgraving og steindumping kan i mange tilfeller unngås dersom man klarer å lede bort eller på annen måte redusere aksialkraften på en kontrollert måte, for eksempel gjennom kontrollert utbøyning flere steder, slik at lokalisert ut-knekking og store påkjenninger, som normalt ville oppstå i rette rør, kan unngås.

En rørledning som utsettes for temperaturstigning vil få en tendens til utvidelse i lengderetningen. På grunn av interaksjon mellom røret og jord i form av friksjon og kohe-sjon vil lengdeutvidelse hindres og det oppstår en aksiell trykkraft. I rørledninger som er så lange at interaksjonen mellom røret og jorden forhindrer ekspansjon av midtpartiet mot endene gis ikke annen mulighet for lengdeutvidelse av midtpartiet enn ved at rørledningen knekker ut og får buktninger i horisontal- eller vertikalplantet. Slik utbuktning kan vanligvis forhindres ved full nedgraving med overdekning, og temperaturøkning vil føre til økning av den aksielle trykkspenning. En delvis nedgravd eller åpent liggende rør-ledning vil ved temperaturøkning kunne få utbuktninger kalt rørslyng som lokalt kan bli betydelige, særlig dersom hele lengdeøkningen langs et langt parti av rørledningen konsen-treres i én enkelt utbuktning. Dette fenomenet kalles i denne sammenheng lokalisering. Bøyespenningene kan lokalt i utbuktningsområdet bli så høye at de overskrider tillatte spenningsverdier.

En rørledning til havs som forutsettes å transportere gass og/eller væske med høy temperatur, som for eksempel uprosessert brønnstrøm mellom et produksjonsanlegg og et prosesseringsanlegg, blir konstruert for å forhindre rør-slynging, eksempelvis ved nedgraving og tilbakefylling, ved kontinuerlig eller diskontinuerlig overfylling av grus, ved å legge rørledningen langs en buktet trasé, ved å legge rørled-ningen inne i et større foringsrør, eller ved å inkludere ekspansjonssløyfer i rørledningen i dens lengde. Disse løs-ningene kan være unødig kostnadskrevende, eller de kan også etterlate usikkerhet med hensyn til virkning.

Vanlige installasjonsmetoder gir en innebygget strekk-kraft i røret etter legging på sjøbunnen. Når trykk-kraften som gir tendensen til utbuktning skal beregnes, kommer den aksielle strekkraften fra leggingen til fratrekk fra trykk-raften som mobiliseres som følge av temperaturøkningen. Det kunne derfor tenkes at legging med et høyt aksielt strekk kunne bidra til å redusere eller hindre tendens til utbuktning. Imidlertid er den relative lengdeøkningen i stål som følge av vanlige temperaturer ved brønnstrømsoverføring (som kan være omkring 100°C) vesentlig større enn de tøynin-ger som vanligvis opptrer på grunn av strekkraft i røret på grunn av leggingen. Aksielt strekk kan derfor vanligvis bare kompensere en meget begrenset temperaturøkning.

Et av formålene med oppfinnelsen er med visse mellomrom å gi partier av rørledningen mindre stivhet i aksiell retning slik at temperaturutvidelsen kan skje på en fordelt og kontrollert måte og gi rørslynging uten at det oppstår store trykkrefter. Dette oppnås ved å danne buktninger, i det videre kalt termiske ekspansjonsløkker, i røret under instal-lasjon slik at rørledningen i ubelastet tilstand danner regelmessige ekspansjonsløkker til siden for et rettlinjet forløp. Når rørledningen utsettes for et aksialt strekk tilsvarende vanlig strekk under legging, vil røret, i tillegg til forlengelse som en direkte følge av strekkraften, forlenges ved at de termiske ekspansjonsløkkene delvis rettes ut, dvs. at det skjer en forspenning. Samtidig vil det oppstå bøyemomenter i røret med maksimalverdi tilsvarende strekkraften ganger reduksjon i amplituden til de termiske ekspansjonsløkkene i belastet tilstand. Disse bøyemomentene vil ved avlastning av strekket føre geometrien tilbake mot konfigurasjonen de termiske ekspansjonsløkkene har i ubelastet tilstand.

Store temperaturøkninger vil føre til en netto trykkraft i rørledningen, men som ved maksimal temperatur vil være vesentlig lavere enn om rørledningen hadde vært uten utbuktninger, se figur 6 og figurforklaringen nedenfor. På grunn av de jevnt fordelte utbuktningene vil tendensen til oppsam-let lengdeøkning på ett enkelt sted, lokalisering, unngås. Påkjenningene reduseres tilsvarende fordi lengdeutvidelsen fordeles over de enkelte ekspansjonsløkkene.

Geometrien av forhåndskrumningen til de termiske ekspansjonsløkkene bør være slik at stivheten i lengderetningen er vesentlig mindre enn den aksielle stivheten for et rett rør. Det er en fordel at restkrumningsradien i de termiske ekspansjonsløkkene er større enn typisk 250 ganger rørets diameter fordi dette tilsvarer bøyningsradien når et i utgangspunktet rett rør med typiske materialegenskaper er bøyet til den elastiske grense, dvs. slik at det ikke blir påført plastisk deformasjon.

Kort oppsummering av oppfinnelsen.

De ovenfor nevnte problemer kan løses ved en fremgangsmåte for legging av en rørledning på sjøbunnen fra et rørledningsfartøy, for kontrollert termisk ekspansjon, omfattende følgende trinn: <*> Utmating av rørledningen med en start-restkrumningsradius, enten fra en kveilrørstrommel eller som oppstår etter bøyning over toppen av en leggerampe, til et bøyeapparat hvor en motkrumningsradius på i og for seg kjent måte påføres til motsatt side av rørledningen i forhold til start-restkrumningsradien, idet rørledningen løper gjennom bøye-apparatet . <*> Bøyeapparatet retter ut rørledningen til lengre, hovedsakelig rette partier med restkrumningsradius større enn en ønsket minste restkrumningsradius. <*> Bøyeapparatet utsetter kortere partier av rørledningen for en motkrumningsradius som danner termiske ekspansjons-løkker med en restkrumningsradius som er mindre enn en ønsket største restkrumningsradius for de termiske ekspansjons-løkkene .

Resultatet av denne fremgangsmåtens trinn er at kontrollert rørslyngning under termisk ekspansjon av rørledningen i operasjonsstilling på sjøbunnen og under operasjonslaster oppnås ved at utbøyning av rørledningen kan oppstå i de termiske ekspansjonsløkkene allerede ved små aksielle trykkrefter.

Ved en foretrukket fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, hvor ekspansjonsløkkene gis en restkrumningsradius som er større enn den elastiske krumningsradien til røret, slik at man ved aksielt strekk bare vil rette ut ekspansjonsløkkene elastisk, og for å unngå å rette ut ekspansjonsløkkene plastisk, vil de faglige fordommene i Lanans patent vise seg å være feilaktige. De elastiske strekkgrensene for en typisk ekspansjonssløyfe overskrides ikke, og ekspansjonssløyfene vil kunne passere gjennom leggefartøyets strekkemaskiner eller stinger fordi de har en restkrumningsradius som er større enn den elastiske krumningsradien til røret, med andre ord: ekspansjonssløyfene har mindre restkrumning enn rørets elastiske krumning, og vil ikke rettes ut ved elastisk strekk.

Ifølge en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen skjer utmating av rørledningen fra en rørledningskveil. Dermed oppnås en hurtig og kontinuerlig utmating av rørledningen.

I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen dannes alle ekspansjonsløkkene mot den samme side av rørledningen, slik at utbøyning av rørledningen kan oppstå i samme retning i de termiske ekspansjonsløkkene av rørledningen, for eksempel til samme side i horisontal retning. I en foretrukket utførelse vil de termiske ekspansjonsløkkene dannes slik at de blir konvekse oppover i et vertikalplan idet rørledningen løper ut av bøyeapparatet, og i en mest foretrukket utførelse med en slik restkrumningsradius, lengde og frekvens at hver enkelt ekspansjonsløkke vrir seg fra vertikalen og ut mot horisontalplanet etter hvert som den utlagte rørledning stabiliserer seg på sjøbunnen.

Figurforklaringer.

Nedenfor følger en figurforklaring til de medfølgende figurtegninger. Figurene skal ikke kunne oppfattes som be-grensende for oppfinnelsen, men kun illustrerende og lette forståelsen av oppfinnelsen, som kun skal være begrenset av de vedlagte patentkrav. Fig. 1 illustrerer en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og viser i sideriss et fartøy med en kveil med en rørledning og en utrettingsanordning for rørledningen. Fig. 2 illustrerer i sideriss legging av rørledningen og skisserer partier med ekspansjonsløkker på rørledningen. Fig. 3 illustrerer i planriss, sett rett ned mot sjøbunnen, en utlagt rørledning ifølge oppfinnelsen, hvor partiene med ekspansjonsløkker viser utbuktning. Fig. 4a er et planriss og illustrerer en forstørret del av rørledningen i Fig. 3, og illustrerer kald lagt ekspansjonsløkke på en rørledning og utbuktning av rørlednin-gen ekspansjonsløkke ved arbeidsbelastning i form av temperatur og trykkforhold i rørledning. Figur 4b er et snitt og delvis riss sett langs rørled-ningen, og illustrerer en ekspansjonsløkke i kald og i varm, utbuktet tilstand. Figur 5 illustrerer det totale arbeid for å bøye og vri rørledningen i et frispenn mellom leggefartøyet mot sjøbunnen for ulike lengder med restkrumning i rørledningen. Figur 6 viser to kurver hvor den øvre kurven viser den potensielle trykkraft i en rørledning uten vesentlig restkrumning og uten ekspansjonsløkker, mens den nedre kurven illustrerer den effektive aksielle trykkraft på grunn av ekspansjon i en rørledning ifølge oppfinnelsen med ekspansjonsløkker med lengde 1E mellom rette partier med lengde 1L.

Beskrivelse av en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for legging av en rørledning (1) på sjøbunnen fra et rørledningsfartøy (10).

Som et eksempel på rørledningens (1) dimensjoner og egenskaper kan være følgende:

Stålmateriale: X65.

Indre diameter: 250 mm.

Veggtykkelse: 13,9 mm; D/t=2 0.

Operasjonsdata:

Vanndybde: 200 m.

Indre trykk: 3 0 Mpa.

Temperaturøkning: 100 °C.

Neddykket vekt (luftfylt rør): 200 N/m.

Neddykket vekt (i drift): 500 N/m.

Sideveis friksjonskoeffisient uB: 1,0.

Aksiell friksjonskoeffisient ua: 0,5.

Installasjonsdata:

Radius kveil: 8 m.

Avgangsvinkel for røret: 60° , regnet mellom røraksen og horisontalplanet/leggefartøyets dekk.

Lokal resttøyning: 0.12 %, tilsvarer restkrumning 8,64 E^nr^restkrumningsradius 116 m i området hvor røret kun delvis er rettet ut, se nærmere forklaring nedenfor.

Hensikten med oppfinnelsen er å oppnå kontrollert termisk ekspansjon styrt til bestemte ønskede ekspansjonsløkker

(E) som ifølge fremgangsmåten dannes langs rørledningen. En illustrasjon av ekspansjonsløkkene er vist i figur 3. Fremgangsmåten omfattende følgende trinn: <*> Rørledningen (1) mates ut fra en rørledningskveil (2) om bord i rørleggingsfartøyet, fortrinnsvis via en leggerampe (3), til et bøyeapparat (4). Denne situasjonen er beskrevet i den kjente teknikk, og illustrert i figur 1. Rørledningen vil ha en start-restkrumningsradius (RrInit) fordi den vikles av fra en rørledningskveil (2) hvor den vanligvis vil ha vært viklet opp med en krumningsradius som er mindre enn den elastiske krumningsradius og dermed blitt plastisk bøyd. St art-re st krumningsradien (Rrmit) kan også oppstå når rørled-ningen passerer over det buede partiet ved toppen av leggerampen (3), hvor radien i det buede partiet kan tilsvare radien i rørledningskveilen. Det kan også tenkes situasjoner hvor leggerampen er overflødig, og at rørledningen løper direkte fra kveilen til bøyeapparatet. Rørledningen mates fortløpende til bøyeapparatet (4) hvor en motkrumningsradius (Rn*) påføres til motsatt side av rørledningen (1) i forhold til start-restkrumningsradien (RrInit) , idet rørledningen (1) løper gjennom bøyeapparatet (4).

Bøyeapparatet (4) retter ut rørledningen (1) til lengre, hovedsakelig rette partier (L) med ønsket lengde (1L) , hvor det dannes en restkrumningsradius (Rr) større enn en ønsket minste restkrumningsradius (R^J . Denne minste restkrumningsradien er for rette strekk en størrelse som går mot uendelig i teorien, men ikke helt, i virkelige tilfeller.

Et trekk ved oppfinnelsen er at bøyeapparatet (4) utsetter kortere partier av rørledningen (1) med lengde (1E) for en motkrumningsradius (R^b) som danner termiske ekspansjons-løkker (E) med en restkrumningsradius (RB) som er mindre enn en ønsket største restkrumningsradius (Re^J for de termiske ekspansjonsløkkene (E). Disse ekspansjonsløkkene er illustrert i Fig. 2 og også i figurene 3 og 4. Rørledningen kan i hovedsak bestå av lengre rette partier (L) med ekspansjons-løkker (E) fordelt hovedsakelig jevnt langs rørledningen slik at kontrollert rørslyngning under termisk ekspansjon av rørledningen (1) i operasjonsstilling på sjøbunnen og under operasjonslaster oppnås ved at utbøyning av rørledningen (1) kan oppstå allerede ved små aksielle trykkrefter i de termiske ekspansjonsløkkene (E), og i det vesentlige ikke i de rette partiene. En rørledning lagt ifølge oppfinnelsen blir noe kortere. Den vil kunne mates ut kontinuerlig og dermed hurtigere og billigere enn en sikk-sakk-rørledning som vist i GB 2 287 297, hvor utmatingen av rørledningen normalt må stanses under bøyningen av røret ved hjelp av de tverrstilte stemplene. Andre fordeler ved oppfinnelsen fremtrer tydelige-re etter de nærmere spesifiseringer av oppfinnelsen nedenfor.

Ved en foretrukket fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, hvor ekspansjonsløkkene (E) gis en restkrumningsradius (RE) som er større enn den elastiske krumningsradien til røret, oppnås at man ved aksielt strekk bare vil rette ut ekspansjonsløkkene (E) elastisk, og dermed unngår man at ekspansjonsløkkene (E) rettes ut plastisk når rørledningen utsettes for strekk. Rørledningen utsettes for strekk både på grunn av sin egen tyngde idet den befinner seg mellom fartøy-et og sjøbunnen, og på grunn av at den utsettes for et hori-sontalt strekk fra leggefartøyet. Dersom det aksielle strekket gis mulighet til å utøve plastisk utretting av røret vil denne plastiske utrettingen skje på svake steder på røret, og man vil da ikke kjenne rørets egenskaper på slike steder. Dette er ikke ønsket. Ved aksielt strekk av ekspansjons-løkkene ifølge denne foretrukne utførelsen av oppfinnelsen, vil man utøve samme utrettende moment på hele rørstrengen, og problemet med ukjente røregenskaper på grunn av plastisk deformasjon vil ikke opptre.

Installasjonsanalyse.

En rørledning som forlater leggefartøyet, se Fig. 1 og 2, hvor rørledningen har en restkrumning som er konveks oppover vil være følsom for rotasjon i det frie spennet mellom fartøyet og sjøbunnen, hvor bøyningen er motsatt restkrumningen og konkav oppover. Det har blitt gjort bereg-ninger basert på en ren energibetraktning av bøyning og torsjon som predikerer rotasjon av rørledningen i det frie spennet. Vår installasjonsanalyse viser at med en avgangsvinkel på 60° og en vanndybde på 200 meter vil det være ca. 360 m rør i spennet mellom havflaten og sjøbunnen. Maksimal tøyning i underbendet godt innenfor akseptverdier for rele-vante grensetilstander.

Rotasjonen av rørledningen på grunn av restkrumningen vil øke med avstanden fra leggefartøyet etter hvert som rørledningen nærmer seg sjøbunnen. Fordi rotasjonen skjer på grunn av restkrumning i rørledningen vil det installerte røret ikke ha noe torsjonsmotnent på sjøbunnen, kun et bøye-moment, forutsatt at rotasjonen foregår til same side etter hvert som rørleggingen fortsetter. Dette er overveiende sannsynlig; når rotasjonen først har "valgt" side ved en

ekspansjonsløkke (E) vil rørledningens påfølgende rette parti (L) og den neste ekspansjonsløkke (E) få en økt sannsynlighet for å legge seg til samme side. Torsjonsmomentet i rørlednin-gen har derfor sin maksimalverdi ved utløpet fra fartøyet, og avtar mot sjøbunnen hvor torsjonsmomentet blir null.

Figur 5 viser hvor det totale arbeid som utføres for å bøye og vri rørledningen fra havflaten ned mot sjøbunnen for rotasjonsvinkler mellom 0 og 180 grader. Det er beregnet kurver for ulike lengder 1E av de termiske ekspansjonsløkkene

(E) .

a) 1E = hele rørledningens lengde

b) 1E = 300 m

c) ls - 200 m

d) 1E = 150 m e) 1B = 100 m

f) 1E a 50 m

g) 1B = 0 m, dvs. ingen restkrumning.

Figur 5 illustrerer dette arbeidet for tilfellene (a) til

(g). Kurvene sier mye om sannsynligheten for rotasjon på grunn av restkrumning

<*> Dersom kurven er jevnt økende må det tilføres energi for å oppnå rotasjon. <*> Dersom er relativt flat for små vinkler for deretter å stige, så er systemet relativt ustabilt og rørledningen vil kunne komme til å vri seg til en vinkel og vil kreve ytterligere energi for å vri seg til en større vinkel. <*> Dersom kurven initielt har negativ helning vil dreinin-gen lett kunne initieres. Dersom kurven også har et klart minimumspunkt vil dreiningssvinkelen til rørledningen ved sjøbunnen ligge i det vinkelområdet hvor kurven har sitt minimumspunkt. Fra figur 5 fremgår det at for å oppnå 80° til 100° rotasjon av rørledningen bør ekspanssjonssløyfene (E) ha lengder 1E i området mellom 100 m og 150 m for dette eksempe-let. Vridningen er gunstig, siden ekspansjonssløyfene som dannes i vertikalplanet dermed legger seg over til siden og havner i horisontalplanet langs sjøbunnen. Dette er ideelt for videre sideveis defleksjon ved de trykkendringer og temperaturforskjeller som oppstår under operasjonlaster.

Figur 6 viser to kurver hvor den øvre kurven viser den potensielle effektive trykkraft Ppot i en rørledning som er fastholdt mot aksiell og sideveis ekspansjon, mens den nedre kurven illustrerer hvordan den effektive aksielle trykkraft er kraftig redusert på grunn av fordelt ekspansjon i en rørledning ifølge oppfinnelsen med ekspansjonsløkker med lengde 1E med aksell trykkkraft PE mellom rette partier med lengde 1L med aksiell trykkkraft PL.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil man danne restkrumningen i ekspansjonsløkkene (E) mot den samme side av rørledningen (1), slik at utbøyningen av rørledningen (1) kan oppstå i samme retning i de termiske ekspansjons-løkkene (E) av rørledningen. I den mest foretrukne utførelse av oppfinnelsen dannes restkrumningen slik at de termiske ekspansjonsløkkene (E) de blir konvekse oppover i et vertikalplan idet rørledningen løper ut av bøyeapparatet (4).

I en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kan bøyeapparatet (4) som benyttes omfatte to motholdsruller (6) anordnet på den ene side av rørledningen (1), i den viste utførelse på undersiden. En mellomliggende, motsatt virkende mot-krumningsrulle (7) løper på den motsatte side av rørledningen (1). Rullene (6,7) danner motkrumningsradien (Rmk) på rørled-ningen (1) idet den løper gjennom bøyeapparatet (4), og rørledningen ville da fremvise en restkrumningsradius etter elastisk tilbakebøyning dersom den ikke sto under spenn eller strekk langs rampen (3) etter passering av bøyeapparatet.

Ifølge den foretrukne utførelse av oppfinnelsen brukes en regulerbar kraftanordning (8) som er innrettet til å variere motkrumningsrullens (7) posisjon og trykk-kraft mot rørledningen (1) og indirekte mot motholdsrullene (6) for å regulere motkrumningsradien (Rmk). En slik regulering av motkrumningsrullens posisjon brukes i den kjente teknikk, f.eks. som i US 4 992 001 for å tilpasse rullenes avstand til rørledningen og for å gi den ønskede tilbakebøyning av rør-ledningen, mens den ifølge denne oppfinnelsen benyttes til å regulere motkrumningsradien til å danne henholdsvis rette partier og ekspansjonsløkker.

Ifølge en foretrukket fremgangsmåte av oppfinnelsen påføres partiene med ønsket lengde (1E) av rørledningen (1) en svakere tilbakebøyning ved en større motkrumningsradius (Rmks) . Dermed utnyttes restkrumningsradien (RrInit) som kan stamme fra kveilen (2) eller leggerampen, og det dannes termiske ekspansjonsløkker (E) som har en restkrumningsradius (RB) i samme retning som den opprinnelige start-restkrumningsradius (Rrinit) • Ifølge den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen er rørledningen konkav oppover når den løper inn i bøyeapparatet (4), og motkrumningsrullen (7) slakkes i ønsket grad for å danne hver ekspansjonsløkke. Slik spares en i praksis ubetydelig energimengde ved den foretrukne fremgangsmåten .

Det er mulig å utsette rørledningen (1) for en kontinuerlig varierende motkrumningsradius (R^J i bøyeapparatet ved overgangen mellom dannelsen av de rettere partiene (L) og ekspansjonsløkkene (E);

Rørledningen (1) i det frie spenn mellom rørlednings-fartøyet (10) og sjøbunnen utsettes for en viss elastisk forlengelse som tilsynelatende i det vesentlige retter ut ekspansjonsløkkene (E). Det installerte røret vil ha en viss aksiell strekkraft i kald tilstand, så den elastiske forlengelse tar seg ikke fullstendig inn igjen når strekkspenningen i rørledningen reduseres når rørledningen (1) legger seg på sjøbunnen. Ekspansjonsløkkene (E) vil før rørledningen legger seg mot sjøbunnen ha et energiminimum som funksjon av en dreiningsvinkel om en langsgående akse (A) som er tilstrekkelig til å dreie ekspansjonsløkkene (E) fra vertikalplanet og hovedsakelig over i horisontalplanet, mot sjøbunnen. Avhengig av rørledningens materialegenskaper, dimensjoner, strekk-spenning, leggegeometri og restkrumningsradius samt lengden av ekspansjonsløkkene kan dette energiminimum opptre ved forskjellige vinkler, se figur 5. Det er en fordel om dette energiminimum ligger rundt 90 grader da ekspansjonsløkkene vil vende den konkave restkrumning langs sjøbunnen, på tvers av rørledningens trasé.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen gjøres lengden (1E) av partiene med ekspansjonsløkker (E) kortere enn lengden (1J av de rette partiene (L) .

I en mer foretrukket utførelse er dette forholdet mindre enn 1:4, og i en ytterligere foretrukket utførelse er forholdet mindre enn 1:10. Det foretrekkes at ekspansjonsløkkene gjentas med avstander over 100 m. Mer foretrukket er avstander over 500 m, og ytterligere mer foretrukket er en gjentagelse av ekspansjonsløkkene med intervaller over 1000 meter.

Det benyttes vanligvis en rørledningskveil som er ståen-de i operasjonsstilling, med en akse (20) som er horisontal og hovedsakelig tverrstilt i forhold til rørleggingsfartøyets (10) bevegelsesretning. Det er også mulig å benytte en kveil hvor aksen (20) er vertikal. I den illustrerte fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen mater rørledningskveilen (2) ut rørled-ningen (1) akterover fra nær rørledningskveilens topp.

Ifølge en mulig utførelse av oppfinnelsen kan minst et midtre parti av de rette partier (L) av rørledningen (1) overdekkes slik at partiene til hver side av det midtre parti tillates å ekspandere aksialt for å bevege seg mot hver ekspansjonsløkke (E). Andre måter for fast forankring av disse midtre partiene til sjøbunnen kan også brukes.

Det foreligger ved fremgangsmåten med å regulere tilbakebøyningen i vertikalplanet en mulighet for å tilpasse rørledningens form til sjøbunnstopografien for å unngå knekk over kanter og lange frie spenn over søkk. Ifølge en foretrukket fremgangsmåte av oppfinnelsen kan bøyeapparatet (4) utsette partier av rørledningen (1) med lengde (1T) for en motkrumningsradius (1^} som danner topografisk tilpassede bend (T) med en restkrumningsradius (R,) som tilsvarer topografiske skuldre og bunnpunkt langs rørledningens (1) trasé slik at rørledningen (1) i operasjonsstilling på en ujevn sjøbunn oppnår reduserte moment-topper og reduserte spennlengder ved kryssing av topografiske skuldre eller bunnpunkt.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for legging av en rørledning (1) på sjø-bunnen fra et rørledningsfartøy (10), for kontrollert termisk ekspansjon, omfattende følgende trinn: utmating av rørledningen (1) fra en rørledningskveil (2), fortrinnsvis via en leggerampe (3), hvor rørledningen (1) har en start-restkrumningsradius (Rri„lt) , til et bøye-apparat (4) hvor en motkrumningsradius (R™*) påføres til motsatt side av rørledningen (1) i forhold til start-restkrumningsradien (Rrinit) / idet rørledningen (1) løper gjennom bøyeapparatet (4); karakterisert vedat bøyeapparatet (4) retter ut rørledningen (1) til lengre, hovedsakelig rette partier (L) med lengde (1L) , med restkrumningsradius (Rr) større enn en ønsket minste restkrumningsradius (RrKin) ; og at bøyeapparatet (4) utsetter kortere partier av rørled-ningen (1) med lengde (1E) for en motkrumningsradius (Rn*E) som danner termiske ekspansjonsløkker (E) med en restkrumningsradius (RE) som er mindre enn en ønsket største restkrumningsradius (RsMax) f°r de termiske ekspansjonsløkkene (E) ; slik at kontrollert rørslyngning under termisk ekspansjon av rørledningen (1) i operasjonsstilling på sjøbunnen og under operasjonslaster oppnås ved at utbøyning av rørlednin-gen (1) kan oppstå i de termiske ekspansjonsløkkene (E) av rørledningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor ekspansjonsløkkene (E) gis en restkrumningsradius (RE) som er større enn den elastiske krumningsradien til røret, slik at man ved aksielt strekk bare vil rette ut ekspansjonsløkkene (E) elastisk, og for å unngå å rette ut ekspansjonsløkkene (E) plastisk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor alle ekspansjons-løkkene (E) dannes mot den samme side av rørledningen (1), slik at utbøyning av rørledningen (1) kan oppstå i samme retning i de termiske ekspansjonsløkkene (E) av rørledningen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav l, hvor de termiske ekspansjonsløkker (E) dannes slik at de blir konvekse oppover i et vertikalplan idet rørledningen løper ut av bøyeapparatet (4) .

5. Fremgangsmåte ifølge krav l, hvor partiene med lengde (1E) av rørledningen (1) påføres en svakere utbøyning ved en større motkrumningsradius (R^e) og som dermed danner termiske ekspansjonsløkker (E) som har en restkrumningsradius (RB) i samme retning som den opprinnelige start-restkrumningsradius

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor ekspansjonsløkkene (E) like før og under legging mot sjøbunnen vil ha et energiminimum som funksjon av en dreiningsvinkel om en langsgående akse (A) som er tilstrekkelig til å dreie ekspansjonsløkkene (E) hovedsakelig sideveis, mot sjøbunnen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor lengden (1E) av partiene med ekspansjonsløkker (E) gjøres kortere enn lengden (1L) av de rette partiene (L) .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor forholdet mellom lengden (1E) og lengden (1L) er mindre enn 1:4.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor forholdet mellom lengden (ls) og lengden (1L) er mindre enn 1:10.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7-9, hvor ekspansjonsløkkene gjentas slik at avstanden er over 100 m mellom hver påbegynnelse av en ny ekspansjonsløkke.

11. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7-9, hvor ekspansjonsløkkene gjentas slik at avstanden er over 500 m mellom hver påbegynnelse av en ny ekspansjonsløkke.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7-9, hvor ekspansjonsløkkene gjentas slik at avstanden er over 1000 m mellom hver påbegynnelse av en ny ekspansjonsløkke.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor bøyeapparatet (4) utsetter partier av rørledningen (1) med lengde (1T) for en motkrumningsradius {1^) som danner topografisk tilpassede bend (T) med en restkrumningsradius (RT) som tilsvarer topografiske skuldre og bunnpunkt langs rørledningens (1) trasé; slik at rørledningen (1) i operasjonsstilling på en ujevn sjøbunn og under operasjonslaster oppnår reduserte moment-topper og reduserte spennlengder ved kryssing av topografiske skuldre eller bunnpunkt.