NO316635B1

NO316635B1 - Method and apparatus for riser rods

Info

Publication number: NO316635B1
Application number: NO20020803A
Authority: NO
Inventors: Terje Magnussen
Original assignee: Terje Magnussen
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2004-03-15
Also published as: NO20020803L; AU2003206450A1; WO2003070561A1; NO20020803D0

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING VED UNDERVANNS STIGERØRSTÅRN ' PROCEDURE AND DEVICE FOR UNDERWATER RISE PIPE TOWERS '

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å montere et stigerørstårn, nærmere bestemt et tårn som er innrettet til å utgjøre et undervanns stigerørstårn. Oppfinnelsen omhandler også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten. This invention relates to a method for mounting a riser tower, more specifically a tower that is designed to constitute an underwater riser tower. The invention also relates to a device for carrying out the method.

Under petroleumsutvinning på større havdyp har det vist seg fordelaktig å anbringe et dykket stigerørstårn på en avstand til havoverflaten som er vesentlig mindre enn havdybden på utvinningsstedet. Hovedfordelen ved å anvende en slikt tårn er at utstyr og fremgangsmåter for petroleumsutvinning på grunnere vann kan anvendes også på de havdybder det her er tale om. During petroleum extraction at greater sea depths, it has proven advantageous to place a submerged riser tower at a distance to the sea surface that is significantly less than the sea depth at the extraction site. The main advantage of using such a tower is that equipment and methods for petroleum extraction in shallower water can also be used at the sea depths in question here.

Ifølge kjent teknikk omfatter et dykket stigerørstårn gjerne en dykket bøye som er forbundet til havbunnen ved hjelp av såkalte strekkstag av i hovedsak samme art som anvendes på flytende såkalte strekkstagplattformer. According to known technology, a submerged riser tower usually comprises a submerged buoy which is connected to the seabed by means of so-called tension rods of essentially the same type as are used on floating so-called tension rod platforms.

Videre er stigerørstårnet forbundet til på havbunnen liggende produksjonsrør ved hjelp av fra havbunnen til stigerørstårnet forløpende relativt stive stigerør. Under produksjon er sti-gerørstårnet forbundet til et fartøy ved hjelp av et fleksi-belt stigerør. Furthermore, the riser tower is connected to production pipes lying on the seabed by means of relatively rigid risers running from the seabed to the riser tower. During production, the riser tower is connected to a vessel by means of a flexible riser.

Før montering slepes stigerørstårn ifølge kjent teknikk medbringende påmonterte stigerør i horisontal stilling fra byg-gestedet til monteringsstedet. Det er velkjent at slik transport og den etterfølgende vendeoperasjon av stigerøret fra horisontal til vertikal stilling påfører konstruksjonene be-tydelige påkjenninger. Before assembly, riser towers are towed in a horizontal position from the construction site to the assembly site, according to known techniques. It is well known that such transport and the subsequent turning operation of the riser from a horizontal to a vertical position imposes considerable stress on the constructions.

NO patent 174662 omhandler en innretning for fortøyning av en flytende strekkstagplattform der plattformen er forankret til en bunnramme på havbunnen ved hjelp av skjøtbare forankrings-rør. Forankringsrørene slepes i horisontal stilling og NO patent 174662 deals with a device for mooring a floating tie-rod platform where the platform is anchored to a bottom frame on the seabed by means of jointable anchoring pipes. The anchoring pipes are towed in a horizontal position and

svinges til vertikal stilling ved monteringsstedet. is swung to a vertical position at the installation location.

US patentene 5.421.676 og 5.551.802 beskriver strekkstagplattformer hvor skjøtbare forankringsrør rager fra plattformen og ned til en monteringsramme på havbunnen. Ved installa-sjon anvendes et hjelpefartøy til å drive forankringsrørene ned i havbunnen, hvoretter plattformen anbringes i posisjon og koples til forankringsrørene. US patents 5,421,676 and 5,551,802 describe tie-rod platforms where jointable anchoring pipes extend from the platform down to a mounting frame on the seabed. During installation, an auxiliary vessel is used to drive the anchoring pipes into the seabed, after which the platform is placed in position and connected to the anchoring pipes.

Forankring ved hjelp av strekkstaganordninger har vist seg å være relativt komplisert og kostbart. Anchoring using tension rod devices has proven to be relatively complicated and expensive.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in those that follow

patentkrav. patent claims.

Ved å utforme det dykkede stigerørstårn slik at det kan for-ankres til havbunnen ved hjelp av i hovedsak konvensjonelle foringsrør, kan forankringsarbeidet utføres av et konvensjo-nelt borefartøy. Et borefartøy er som kjent utformet for å kunne sammenkople og sette ned foringsrør i havbunnen, og kan således med fordel, på en kostnadseffektiv måte, anvendes til å forankre et stigerørstårn av den art det her er tale om. Om ønskelig kan det også bores brønner gjennom de nevnte stige-rør. By designing the submerged riser tower so that it can be anchored to the seabed using mainly conventional casing pipes, the anchoring work can be carried out by a conventional drilling vessel. As is well known, a drilling vessel is designed to be able to connect and place casing pipes in the seabed, and can thus be advantageously, in a cost-effective manner, used to anchor a riser tower of the type in question here. If desired, wells can also be drilled through the aforementioned risers.

Etter at stigerørstårnet er oppankret, kan det samme borefar-tøy anvendes for å sette sammen, sette ned og henge av stige-rør gjennom åpninger i stigerørstårnet, hvoretter stigerøre-nes nedre parti forbindes til på havbunnen anbrakte After the riser tower is anchored, the same drilling vessel can be used to assemble, lower and suspend risers through openings in the riser tower, after which the lower part of the risers is connected to the seabed

produksjonsrør. production pipe.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å avstøtte stigerørene i sjøen mellom havbunnen og stigerørstårnet, idet styrerammer anbringes på havbunnen før forankringsrørene settes . The invention also includes a method for supporting the risers in the sea between the seabed and the riser tower, as control frames are placed on the seabed before the anchoring pipes are set.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket fremgangsmåte som er anskueliggjort på medføl-gende skjematiske tegninger, hvor: Fig. 1 viser et ferdig montert stigerørstårn under produksjon; Fig. 2 viser en utlagt bunnramme medbringende et antall styrerammer hvor det første forankringsrør er under nedsetting; Fig. 3 viser delvis i snitt et sideriss av bunnrammen i fig. 2; Fig. 4 viser et planriss av bunnrammen i fig. 3; Fig. 5 viser i større målestokk en forankringsrørgjennomfø-ring i bunnrammen; Fig. 6 viser bunnrammen idet det tredje forankringsrør er under nedsetting; Fig. 7 viser bunnrammen ferdig forankret og en tårnbøye posisjonert over bunnrammen hvor en midlertidig forankring mellom bunnrammen og tårnbøyen er under montering; Fig. 8 viser det øvre parti av det første forankringsrør under nedføring gjennom tårnbøyen til det nedre parti av det første forankringsrør; Fig. 9 viser det øvre parti av det siste forankringsrør under nedføring gjennom tårnbøyen til det nedre parti av det siste forankringsrør; Fig. 10 viser tårnbøyen ferdig forankret til havbunnen og hvor styrerammene er anbrakt med passende mellomrom langs forankringsrørenes øvre parti; Fig. 11 viser i større målestokk innfestningen av styrerammene til forankringsrørene; Fig. 12 viser stigerørstårnet idet det første stigerør er under nedsetting; Fig. 13 viser stigerørstårnet etter at stigerørene er satt og den første fleksible rørforbindelse er under inntrekking og påkopling til et stigerør; og Fig. 14 viser stigerørstårnet ferdig tilkoplet til rør på havbunnen og hvor tårnbøyen er forsynt med en brønnhodeven-til, idet borefartøyet utfører brønnarbeid gjennom et av forankringsrørene. In what follows, a non-limiting example of a preferred method is described which is visualized in the accompanying schematic drawings, where: Fig. 1 shows a fully assembled riser tower during production; Fig. 2 shows a laid out bottom frame carrying a number of guide frames where the first anchoring pipe is being lowered; Fig. 3 shows a partial cross-section of a side view of the bottom frame in fig. 2; Fig. 4 shows a plan view of the bottom frame in fig. 3; Fig. 5 shows on a larger scale an anchoring pipe passage in the bottom frame; Fig. 6 shows the bottom frame as the third anchoring pipe is being lowered; Fig. 7 shows the bottom frame fully anchored and a tower buoy positioned above the bottom frame where a temporary anchorage between the bottom frame and the tower buoy is being assembled; Fig. 8 shows the upper part of the first anchoring pipe being lowered through the tower buoy to the lower part of the first anchoring pipe; Fig. 9 shows the upper part of the last anchoring pipe being lowered through the tower buoy to the lower part of the last anchoring pipe; Fig. 10 shows the tower buoy fully anchored to the seabed and where the control frames have been placed at suitable intervals along the upper part of the anchoring tubes; Fig. 11 shows on a larger scale the attachment of the guide frames to the anchoring tubes; Fig. 12 shows the riser tower as the first riser is being lowered; Fig. 13 shows the riser tower after the risers have been set and the first flexible pipe connection is being retracted and connected to a riser; and Fig. 14 shows the riser tower fully connected to pipes on the seabed and where the tower buoy is provided with a wellhead valve, as the drilling vessel carries out well work through one of the anchor pipes.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et dykket stige-rørstårn i form av en tårnbøye 2 som er forbundet til havbunnen 4 ved hjelp av tre skjøtbare forankringsrør 6. Forankringsrørene 6 er forbundet til tårnbøyen 2 og rager nedover til en bunnramme 8 og videre ned i havbunnen 4. In the drawings, the reference number 1 denotes a submerged riser tower in the form of a tower buoy 2 which is connected to the seabed 4 by means of three jointable anchoring pipes 6. The anchoring pipes 6 are connected to the tower buoy 2 and project downwards to a bottom frame 8 and further down into the seabed 4 .

Langs forankringsrørenes 6 øvre parti 10 mellom tårnbøyen 2 og havbunnen 4 er det med passende avstand anordnet styrerammer 12. Styrerammene 12 er forsynt med gjennomgående føringer 14 for et antall stigerør 16. Stigerørene 16 er forbundet til tårnbøyen 2 og rager ned i sjøen til et nivå like over havbunnen 4 hvor de er forbundet til rørledninger 18 på havbunnen 4 ved hjelp av fleksible slangeforbindelser 20. Along the upper part 10 of the anchoring tubes 6 between the tower buoy 2 and the seabed 4, guide frames 12 are arranged at appropriate distances. The guide frames 12 are provided with continuous guides 14 for a number of risers 16. The risers 16 are connected to the tower buoy 2 and project into the sea to a level just above the seabed 4 where they are connected to pipelines 18 on the seabed 4 by means of flexible hose connections 20.

Stigerørstårnet 1 er forbundet til et produksjonsfartøy 22 på havoverflaten 24 ved hjelp av en fleksibel forbindelse 26, hvor forbindelsen 26 omfatter nødvendige rør og kabler for transport av brønnfluid og kjemikalier samt kommunikasjon mellom produksjonsfartøyet 22 og stigerørstårnet 1. The riser tower 1 is connected to a production vessel 22 on the sea surface 24 by means of a flexible connection 26, where the connection 26 includes the necessary pipes and cables for the transport of well fluid and chemicals as well as communication between the production vessel 22 and the riser tower 1.

Kår et stigerørstårn 1 ifølge oppfinnelsen skal monteres på produksjonsstedet, senkes først bunnrammen 8 ned på havbunnen 4, se fig. 2. Bunnrammen 8 er forsynt med et antall styreramme 12. Et borefartøy 28 anbringes på havoverflaten 24 og set-ter ned et av forankringsrørene 6 gjennom en gjennomgående føring 30 i bunnrammen 8. Styrerammenes 12 hovedføringer 31 korresponderer med og omkranser føringen 30. Forankrings-rørene 6 kan være foringsrør eller andre fortrinnsvis skjøt-bare rør eller stag. Føringen 30 er innvendig forsynt med en ringformet brystning 32, se fig. 5. På en forutbestemt avstand fra forankringsrørenes 6 nedre ende forbindes en an-leggsring 34 til forankringsrøret 6. Når forankringsrøret 6 er forskjøvet en distanse ned i havbunnen 4, kommer anleggs-ringen 34 til anslag mot brystningen 32 og holder derved bunnrammen 8 fast mot havbunnen 4. If a riser tower 1 according to the invention is to be assembled at the production site, the bottom frame 8 is first lowered onto the seabed 4, see fig. 2. The bottom frame 8 is provided with a number of guide frames 12. A drilling vessel 28 is placed on the sea surface 24 and lowers one of the anchoring pipes 6 through a continuous guide 30 in the bottom frame 8. The 12 main guides 31 of the guide frames correspond with and surround the guide 30. the pipes 6 can be casing pipes or other preferably joinable pipes or struts. The guide 30 is internally provided with an annular parapet 32, see fig. 5. At a predetermined distance from the lower end of the anchoring pipes 6, an anchoring ring 34 is connected to the anchoring pipe 6. When the anchoring pipe 6 has been moved a distance down into the seabed 4, the anchoring ring 34 comes to rest against the parapet 32 and thereby holds the bottom frame 8 firmly against seabed 4.

Havbunnens 4 sammensetning og geologiske egenskaper må be-stemmes for å avgjøre hvor langt ned i havbunnen 4 det er The composition and geological properties of the seabed 4 must be determined in order to determine how far down into the seabed 4 it is

nødvendig å forskyve forankringsrørene 6. Forankringsrørene 6 kan være fastholdt til havbunnen ved hjelp av friksjonskraft, eller de kan være faststøpt til havbunnen 4 ifølge kjent teknikk. necessary to displace the anchoring pipes 6. The anchoring pipes 6 can be held to the seabed by means of frictional force, or they can be fixed to the seabed 4 according to known techniques.

Etter at det første forankringsrør 6 er satt i havbunnen fra-skrues forankringsrørets 6 øvre parti 10 fra den nedre del av forankringsrøret 6 like over bunnrammens 8 gjennomgående fø-ring 30. Det gjenstående forankringsrør 6 rager i denne fase således bare en mindre strekning opp over bunnrammen 8. De øvrige forankringsrør 6 settes på tilsvarende måte i sine respektive føringer 30, se fig. 6. After the first anchoring pipe 6 has been placed in the seabed, the upper part 10 of the anchoring pipe 6 is unscrewed from the lower part of the anchoring pipe 6 just above the bottom frame 8's continuous guide 30. The remaining anchoring pipe 6 thus protrudes in this phase only a small distance above the bottom frame 8. The other anchoring pipes 6 are placed in a similar way in their respective guides 30, see fig. 6.

Tårnbøyen 2 anbringes deretter dykket i sjøen på en forutbestemt dybde, for eksempel ved hjelp av et ankerhåndterings-fartøy 36 som er forbundet til tårnbøyen 2 ved hjelp av wire 38, se fig 7. Tårnbøyens ballast kan reguleres via en styre-forbindelse 40 som forløper mellom tårnbøyen 2 og borefar-tøyet 28. En midlertidig forankring 42 forbindes mellom tårn~ bøyen 2 og bunnrammen 8, hvoretter tårnbøyens ballast juste-res for å påføre den midlertidige forankringen 42 nødvendig strekk til at tårnbøyen 2 retter seg inn over bunnrammen 4, se fig. 7. The tower buoy 2 is then positioned submerged in the sea at a predetermined depth, for example by means of an anchor handling vessel 36 which is connected to the tower buoy 2 by means of wire 38, see fig 7. The tower buoy's ballast can be regulated via a control connection 40 which extends between the tower buoy 2 and the drilling vessel 28. A temporary anchorage 42 is connected between the tower buoy 2 and the bottom frame 8, after which the tower buoy's ballast is adjusted to apply the necessary tension to the temporary anchorage 42 so that the tower buoy 2 aligns itself over the bottom frame 4, see fig. 7.

Fra borefartøyet 28 forskyves deretter et øvre forankrings-rørparti 10 ned gjennom en gjennomgående åpning 44 i tårn-bøyen 2, se fig. 8. Forankringsrørets 6 øvre parti forbindes til den korresponderende nedre del av forankringsrøret 6 og avhenges i den gjennomgående åpning 44 i tårnbøyen 2 på tilsvarende måte som forklart for bunnrammen 8, se fig. 8 og 9. From the drilling vessel 28, an upper anchoring pipe section 10 is then moved down through a continuous opening 44 in the tower buoy 2, see fig. 8. The upper part of the anchoring pipe 6 is connected to the corresponding lower part of the anchoring pipe 6 and is suspended in the through opening 44 in the tower buoy 2 in a similar way as explained for the bottom frame 8, see fig. 8 and 9.

Etter at alle forankringsrør 6 er ferdig satt, se fig. 10, After all anchoring pipes 6 have been installed, see fig. 10,

fjernes den midlertidige forankring 42, hvoretter tårnbøyen 2 kan tildeles nødvendig oppdrift for å bære nyttelast og opp-rettholde en stabil posisjon i sjøen. the temporary anchorage 42 is removed, after which the tower buoy 2 can be assigned the necessary buoyancy to carry the payload and maintain a stable position in the sea.

Styrerammene 12 løftes deretter opp til sine respektive posi-sjoner langs forankringsrørenes 6 øvre parti 10 hvor de forbindes til forankringsrørene 6 ved hjelp av låserammer 46 som ligger an mot brystningsringer 47 på forankringsrørene 6, se fig. 10 og 11. The guide frames 12 are then lifted up to their respective positions along the upper part 10 of the anchoring tubes 6, where they are connected to the anchoring tubes 6 by means of locking frames 46 which rest against parapet rings 47 on the anchoring tubes 6, see fig. 10 and 11.

Ved hver forbindelse mellom styrerammene 12 og forankringsrø-rene 6 er det anordnet en om forankringsrøret omkransende elastisk demper 48. Demperen 48 er innrettet til å oppta horisontale innbyrdes bevegelser mellom forankringsrørene 6, stigerørene 16 og styrerammene 12. At each connection between the guide frames 12 and the anchoring pipes 6, an elastic damper 48 encircling the anchoring pipe is arranged. The damper 48 is designed to accommodate horizontal mutual movements between the anchoring pipes 6, the riser pipes 16 and the guide frames 12.

Når styrerammene 12 er posisjonert, kan borefartøyet 28 anvendes til å sette ned sammenskjøtede stigerør 16 i gjennomgående stigerørutsparinger 50 i tårnbøyen 2 og videre gjennom utsparingene 14 i styrerammene 12 til et nivå like over havbunnen 4, se fig 12. Rørledningene 18 som ligger på havbunnen 4 kan deretter på i og for seg kjent måte tilkoples sine respektive stigerør 16 ved hjelp av de fleksible slangefor-bindelsene 20. When the control frames 12 are positioned, the drilling vessel 28 can be used to put down jointed riser pipes 16 in continuous riser recesses 50 in the tower buoy 2 and further through the recesses 14 in the control frames 12 to a level just above the seabed 4, see fig 12. The pipelines 18 which lie on the seabed 4 can then be connected in a manner known per se to their respective risers 16 using the flexible hose connections 20.

Ett eller flere av forankringsrørene 6 kan forsynes med en brønnhodeventil 54 ved tårnbøyen 2, hvorved forankringsrørene 6 kan tjene som rør for brønnboring ifølge i og for seg kjent teknikk. One or more of the anchoring pipes 6 can be provided with a wellhead valve 54 at the tower buoy 2, whereby the anchoring pipes 6 can serve as pipes for well drilling according to per se known technology.

Antall forankringsrør 6 og stigerør 16 må tilpasses til de driftsmessige forhold på oppkoplingsstedet. Nødvendige undervanns tilkoplingsarbeider kan utføres ved hjelp av i og for seg kjente fremgangsmåter, for eksempel ved anvendelse av et ubemannet undervannsfartøy (ROV). The number of anchor pipes 6 and risers 16 must be adapted to the operational conditions at the connection point. Necessary underwater connection work can be carried out using methods known per se, for example using an unmanned underwater vehicle (ROV).

Claims

1. Method for anchoring an underwater riser tower (1) comprising a submerged tower buoy (2) and at least one riser (16), characterized in that attachable anchoring pipes (6), preferably by means of a drilling vessel (28) ), is moved down into the seabed (4), and that the tower buoy (2) is placed below the sea surface (24) in a position above the reduced anchoring pipes (6), after which the anchoring pipes 6 are connected to the tower buoy (2) so that the anchoring pipe (6) forms a string of pipes that protrudes from the tower buoy (2) and down into the seabed (4).

2. Method according to claim 1, characterized in that a bottom frame (8) is placed on the seabed (4) before the anchoring pipes (6) are moved through their respective guides (30) in the bottom frame (8) and down into the seabed (4).

3. Method according to claim 2, characterized in that at least one guide frame (12) is placed on the bottom frame (8) before the bottom frame (8) is placed on the seabed (4).

4. Method according to claim 2, characterized in that at least one guide frame (12) is placed on the bottom frame (8) after the bottom frame (8) has been placed on the seabed (4).

5. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one guide frame (12), where the guide frame(s) (12) during the connection work is located on the bottom frame (8) after the tower buoy (2) ) is connected to the anchoring pipes (6), is connected to the upper part (10) of the anchoring pipes (6) with the desired distance to the seabed (4) and the tower buoy (2).

6. Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that at least one riser pipe (16), preferably with the help of a drilling vessel (28), is moved down into the sea and connected to the tower buoy (2).

7. Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the riser(s) (16) is moved through respective recesses (14) in the control frame(s) (12).

8. Device for anchoring an underwater riser tower (1) comprising a submerged tower buoy (2) and at least one riser pipe (16), where the tower buoy (2) is anchored to the seabed (4) by means of jointable anchoring pipes (6), characterized in that the jointable anchoring pipes (6) form a string of pipes that protrudes from the tower buoy (2) and down into the seabed (4).

9. Device according to claim 8, characterized in that a bottom frame (8) during placement on the seabed (4) is provided with at least one guide frame (12).