NO319277B1 - Produksjonsrørsystem til havs, samt en fremgangsmåte for dets utlegging - Google Patents

Description

foreliggende oppfinnelse vedrører en produksjonsrør-system til havs der produksjonsrørene forløper mellom minst ett ventiltre på havbunnen og et fartøy som flyter på overflaten, hvilket fartøy er begrenset forflyttbart i alle retninger i horisontalplanet innenfor et definert område, produksjonsrørene er Inndelt i to seksjoner; en seksjon som ligger på sjøbunnen og med utspring i et ventiltre og en seksjon som er "svevende" i vannet og ender opp i fartøyet.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte ved utlegging av et produksjonsrør mellom et ventiltre på havbunnen og et overflatefartøy som etter rørut-leggingen er begrenset forflyttbart 1 alle retninger i horisontalplanet, hvilket produksjonsrør er inndelt i to seksjoner; en bunnseksjon og en svevende seksjon.

Det foreliggende produksjonsrørsystem er utviklet for flytende produksjonsenheter og danner forbindelse mellom et ventiltre på sjøbunnen og et flytende fartøy. Bruken av flytende produksjonsenhet øker stadig i omfang på grunn av deres kostnadseffektivitet, spesielt i dypere farvann. De flytende produksjonsenheter har stadig oftere kapasitet både for boring og produksjon. Dette innebærer at såsnart en brønn er boret og komplettert for produksjon kan produksjon skje gjennom et første stigerør mens man borer brønn nr. 2 osv. Dermed oppnår man tidlig produksjonsstart, og kapasite-ten øker etterhvert som nye brønner bores.

For flytende produksjonsløsninger blir spesielle stigerørsutforminger benyttet for at det flytende fartøy skal kunne bevege seg til alle brønnsteder for vanlige operasjoner og for å bevege seg til siden under en eventuell nødsituasjon. Stigerørssystemene som vanligvis brukes er fleksible stigerør tilvirket av stålforsterkede termoplastrør. Disse stigerør har begrenset levetid og kostnaden er svært høy. Spesielt for oljefelter med høy temperatur og høye trykk, er det vanskelig å bruke fleksible stigerør. Bruken av dynamiske metallstigerør er derfor tatt opp til vurdering for de neste generasjoner oljefelter til havs.

For løsninger som benytter fleksible stigerør til nedenforstående ventiltrær ville en ettergivende bølgeform eller en bratt S-utforming vanligvis bli brukt. Den bratte S har et stigerørsfundament med en horisontal kopling til den statiske forbindelsesledning og en vertikal kopling til stigerøret. Den ettergivende bølgeutformlng kan Installeres i en lengde ved bruk av flenser. Stigerørsfundamentet for denne løsning er en klumpvekt som er forankret til et 90' bend. Ulempene med den bratte S-utforming er ekstra installasjonstid for å foreta to rørledningsinntrekkinger, ekstra utstyr på stigerørsfundamentet og til slutt dette at det vertikale stigerør har en fast støtte. Dette sistnevnte betyr at høye bøyemomenter må tas nær det vertikale koplingspunkt.

Bruk av stive metallstigerør ulagt i bølgeform istedenfor fleksible stigerør reiser flere nye problemer. Slike problemer er: (1) Installasjon av stigerør. Installasjonen kan utføres med et fartøy ved bruk av tromler eller en karusell, der stigerøret kan sveises på stedet eller det kan taues ut i en kontinuerlig lengde. For disse løsninger skaper det 90<*> bend problemer som fører til et behov for en undervannskopllng. (2) Oppnå nødvendig fleksibilitet for fartøyets bevegelse.

Det blir mye viktigere å ha en god stigerørsutforming fordi bøyeradiusen er mye mer kritisk for metallsti-gerør enn fleksible stigerør. Stigerør med ettergivende bølgeform er best egnet for metallstigerør, ettersom det 90° bend er et "hengselpunkt" og bøyemomentene tas opp av en stor andel av den horisontale forbindelsesledning under riggbevegelse.

Når det gjelder installasjon av stigerør er det flere viktige faktorer som må tas 1 betraktning med hensyn til valg av installasjonsmetode. For det første er det viktig med uavhengighet mellom fartøyene under installasjon. Videre er det viktig med enkel utskiftning eller opphenting av individuelle komponenter, slik som ventiltreet, stigerøret eller forbindelses-ledningen mens tilstøtende brønner fortsatt produserer. Videre er planløsningen på sjøbunnen viktig og man må ha en installas jonsmetode som gjør at ventiltrærne og stigerørene/forbindelsesledningene kan plasseres tett inntil hverandre.

Her må man også ta 1 betraktning den inntrekkingsmetode man vil benytte ved sammenkoplingen på sjøbunnen.

Som det fremgår av denne beskrivelse, er det viktig at systemet gir mulighet for å kunne skifte ut individuelle moduler eller rørstrekk uten å forstyrre de andre. For opphenting av ventiltreet er det vesentlig at stigerøret skaper strekk bakover i forbindelses-lednlngen og hjelper til ved uttrekking av denne fra ventiltreet.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et produksjonsrørsystem av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at bunnseksjonen og sveveseksjonen er sammenkoplet på ett sted og i noe avstand fra sjøbunnen, at enten bunnseksjonen eller sveveseksjonen nær koplingspunktet beskriver et kne, og at sveveseksjonen er ettergivende forankret til havbunnen 1 nærheten av koplingspunktet Idet rørene dermed holdes under strekkbelastnlng.

Angrepspunktet for rørforankringen på røret kan med fordel være noe i avstand fra det nevnte rørktie, eksempelvis 1 til 20 m.

For å unngå at forblndelsesledningen setter seg fast i sjøbunnsslammet foreslås det å ha en beskyttende glidehylse av et plastmateriale hyllet rundt røret når forblndelsesledningen legges ut. Den glidbare omhyll ing sørger for bedret varmelsolasjon, gir mekanisk beskyttelse og opprettholder lav friksjon mellom forblndelsesledningen og sjøbunnen. Videre vil den kunne oppta eventuelle torsjonsmoment over hele forblndelseslednlngens lengde. Rørene kan med fordel være ikke-f leksible og bestå av titan, stål eller rustfritt stål (Duplex).

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det også tllvelebragt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at bunnseksjonen utlegges på havbunnen hovedsakelig rettlinjet og festes til ventiltreet i sin ene ende, at sveveseksjonen utlegges i kjedelinjeform og flytende ved hjelp av flytelegemer nede i vannet og festes i sin ene ende til fartøyet og i sin andre ende festes den ettergivende til en bunnforankring, og med rørenden noe i avstand fra bunnen, og at rørendene trekkes mot hverandre og oppkoples i nevnte avstand fra bunnen idet bunnforan-kringens ettergivenhet og de stive rørs elastisitet utnyttes for å muliggjøre dette uten å introdusere punktbelastninger i rørene, samt holde disse 1 strekk. Hensiktsmessig trekkes rørendene mot hverandre ved hjelp av et lnntrekklngsverktøy som settes på plass med en ROV.

Inntrekkingsverktøyet kan koples til sveveseksjonens ende hvoretter en line anbringes og festes ved hjelp av ROV til bunnseksjonens ende før Inntrekkingsverktøyet settes i drift og trekker rørene mot hverandre og foretar oppkoplingen. Som et praktisk tiltak kan sveveseksjonen med fordel utlegges før bunnseksjonen.

Fremgangsmåten kan benyttes til utskiftning av bare bunnseksjonen i et produksjonsrørsystem, der rørene koples fra hverandre og bunnseksjonens ende slippes kontrollert mot havbunnen hvoretter bunnseksjonens ende slippes kontrollert mot havbunnen hvoretter bunnseksjonens andre ende løsgjøres fra ventiltreet og fjernes og en erstattende bunnseksjon installeres etter den tidligere angitte fremgangsmåte.

Det er også tilveiebragt en fremgangsmåte ved utskiftning av bare sveveseksjonen i et produksjonsrør-system, der rørendene koples fra hverandre og bunnseksjonens ende slippes kontrollert mot havbunnen hvoretter sveveseksjonens andre ende løsgjøres fra fartøyet og fjernes og en erstattende sveveseksjon Installeres etter den tidligere angitte fremgangsmåte.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av for tiden foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 viser produksjonsrørsysternet ifølge oppfinnelsen under utplassering mellom et ventiltre på havbunnen og et flytende fartøy, flg. IA viser selve sammenkopllngspunktet mellom bunnrørseksjonen og sveverørseksjonen ifølge fig. 1 i nærmere detalj,

fig. 2 viser produksjonsrørsystemet ferdig oppkoplet,

fig. 2A viser i nærmere detalj sveveseksjonens kneparti

ved oppkopllngspunktet.

Fig. 1 viser et flytende bore- og produksjonsfartøy 8 som flyter på vannoverflaten 12 over et produksjonsven-tiltre 5 som er nedsatt i havbunnen 11. Mellom ventiltreet 5 og fartøyet 8 forløper et produksjonsrør-system bestående av en bunnrørseksjon 1, ofte kalt forbindelsesledning, og en svevende rørseksjon 2, ofte kalt stigerøret, hvilke rørseksjoner er sammenkoplet 4 1 et område som ligger like over havbunnen 11.

Bunnseksjonen 1 kan med fordel utlegges hovedsakelig rettlinjet fra ventiltreet 5, i motsetning til den tidligere vanlig benyttede S-form. Den svevende rørseksjon 2 flyter 1 vannet og beskriver en omtrentlig sinusform, eller veltet S-form mellom sjøbunnen 11 og det flytende fartøy 8. Den nedre ende av sveveseksjonen 2 koples til bunnseksjonen 1 ved hjelp av et inntrek-kingsverktøy 6 og en ROV. ROV styres fra et over-flatefartøy 10 som står i forbindelse med ROV via en kabel 15.

Som det fremgår av fig. IA trekkes rørendene sammen ved hjelp av inntrekkingsverktøyet 6 som er nærmere beskrevet i norsk patentsøknad NO-920518. En nærmere omtale av dette verktøy blir ikke beskrevet her, bortsett fra dets evne til å trekke inn en rørkabel mot verktøyet 6 og sammenkople to tilstøtende rørender. Verktøyet 6 blir transportert og manøvrert på plass ved hjelp av en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV) som er av alminnelig kjent type, og blir ikke nærmere beskrevet her.

Som det videre fremgår av flg. IA beskriver svevesekjonen 2 i sin nedre ende et kne 3 som hensiktsmessig kan danne omlag 90* . Sveveseksjonens 2 ende er forankret til bunnen 11 med hjelp av en klumpvekt 7 og en forankrlngsline 13 som har et angrepspunkt 9 til sveveseksjonen 2. Denne type forankring gir sveveseksjonens 2 endeparti 4 en bevegelsesfrihet i hovedsakelig horisontal retning. Videre vil den ved bestemt plassering hjelpe til å orientere sveveseksjonens 2 endeflens til å flukte med eller peke mot den rørende som trekkes inn. Dette innebærer at den 1 utgangs-punktet peker i retning mot ventiltreet 5. Det skal med dette forstås at kneet 3 sammen med forankringen 7,9,13 både er orienterende og gir rørenden 4 bevegelsesfrihet.

Figur 2 viser i likhet med fig. 1 et produksjonsrør-system mellom et ventiltre 5 på havbunnen og et produksjonsfartøy 8 på havoverflaten. Figuren viser skjematisk to forskjellige tilstander;

den ene for en sveveseksjon 2 som transporterer gass og en andre tilstand der sveveseksjonen 2 er fyllt med vann eller olje. I en slik situasjon kan sveveseksjonen med fordel være utstyrt med flytelegemer 2' for å bidra til øket oppdrift i sveveseksjonen 2, i det minste over deler av sveverørseksjonen.

Koplingspunktet 4 er vist i nærmere detalj i fig. 2A. Dvs. det er sveveseksjonens 2 ende som er vist, og dens orientering. Figuren viser en annen utførelse av forankringen enn den som er vist i fig. IA. Forankringen består som før av en klumpvekt 7' og en forankringsline 13' og et angrepspunkt 9'. Angrepspunktet 9' er imidlertid flyttet til et stykke opp langs den vertikale del av sveveseksjonen 2 og avstanden fra rørkneet 3 til angrepspunktet 9' kan eksempelvis variere fra 1 til 20 meter. Dette bidrar til å øke fleksibiliteten 1 rørseksjonens 2 ende 4 ytterligere. Det skal også nevnes at denne utforming av sveveseksjonen og forankringen bidrar til å holde bunnseksjonen 1 under strekk. Dette strekk opprett-holdes også dersom produksjonsplattformen 8 beveger seg på havoverflaten 12 i en hvilken som helst retning innenfor et definert, avgrenset område.

Den foreslåtte fremgangsmåtesekvens er som nevnt basert på bruk av et inntrekkingssystem med et inntrekkings-verktøy 6 som settes på plass med en ROV. Inntrekkings-verktøyet 6 og ROV benyttes både til inntrekklng av bunnseksjonen 1 mot ventiltreet 5 og sammentrekningen av bunnseksjonens 1 motsatte ende og den nedre ende av sveveseksjonen 2. Forbindelsesledningene 1 kan utstyres med beskyttelseslokk for å hindre inntrengning av sjøvann. Lokkene kan ha ROV-betjente påfyllingsporter som muliggjør oppfylling av sjøvann før inntrekklng. Rotasjonsmessig orientering av ventiltreet er nødvendig innenfor en nøyaktighet på omlag ±1<*.> Forskjellige løsninger er mulig så som en posisjonsindikator i forhold til forbindelsesledningens 1 nedtrekksvaler. Inntrekklng blir utført ved bruk av det ROV betjente inntrekkingssystem mot ventiltreet. Det er viktig at stigerøret har tilstrekkelig fleksibilitet til å la inntrekkingen i ventiltreenden være om lag 1 m. Inntrekkingen kan utføres ved bruk av det ROV betjente inntrekkingssystem mellom den horisontale bunnseksjon og sveveseksjonen. Bunnseksjonen løftes opp mens sveveseksjonsenden tvinges horisontalt inntil kopllngs-delene er sammenført og oppkopling med en klemkopllng er foretatt. Utføring av vann og indre trykktesting foretas. Produksjon kan påbegynnes.

Systemet er avhengig av flere funksjonskrav for stigerørssystemet. I tilfelle av løsgjørlng av ventiltreet må sveveseksjonen ta opp nødvendig tilbakeslag på omlag 450 mm. Dette tilbakeslag ved ventiltreet bør ikke forårsake trykk i bunnrørledningen 1. St igerørsy steinet bør skape positivt strekk i de statiske ledninger også under løsgjørlng. I tilfelle utskiftning av en sveveseksjon, skal koplingen mellom bunnseksjonen og sveveseksjonen kunne løsgjøres. Dette er mulig uten løsgjørlng mellom bunnseksjonen 1 og ventiltreet. I tilfelle at bunnseksjonen skal skiftes ut, må de to koplinger løsgjøres uten å hente opp eller skade sveveseksjonen.

Claims (10)

1. Produksjonsrørsystem til havs der produksjonsrørene forløper mellom minst ett ventiltre (5) på havbunnen (11) og et fartøy (8) som flyter på overflaten (12) 1 området over ventiltreet eller -trærne (5), hvilket fartøy (8) er begrenset forflyttbart i alle retninger i horisontalplanet Innenfor et definert område, pro-duksjonsrørene er inndelt I to seksjoner; en seksjon (1) som ligger på sjøbunnen og med utspring i et ventiltre (5) og en seksjon (2) som er "svevende" i vannet og ender opp i fartøyet (8), karakterisert ved at bunnseksjonen (1) og sveveseksjonen (2) er ikke-fleksible og sammenkoplet på kun ett sted (4) og i noe avstand fra sjøbunnen, at enten bunnseksjonen (1) eller sveveseksjonen (2) nær koplingspunktet (4) beskriver et kne (3), og at sveveseksjonen (2) er ettergivende forankret til havbunnen (11) i nærheten av koplingspunktet (4) og i forlengelsen av bunnseksjonen (1) idet rørene dermed holdes under kontinuerlig strekkbelastning.

2. Produksjonsrørsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at angrepspunktet (9) for rørforan-kringen på røret er i noe avstand, så som 1-20 m, fra nevnte rørkne (3) (fig. 2A).

3. Produksjonsrørsystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bunnseksjonen (-1) ''er lagt 1 en omhylling i den hensikt å muliggjøre noe aksiell bevegelse av bunnseksjonen (1) samt oppta eventuelle torsjonsmoment over hele bunnseksJonens lengde.

4. Produksjonsrørsystem ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at rørene består av titan, stål eller rustfritt stål (Duplex).

5. Fremgangsmåte ved utlegging av et produksjonsrør mellom et ventiltre (5) på havbunnen og et overflateflytende fartøy (8) som etter rørutleggingen er begrenset forflyttbart i alle retninger I horisontalplanet, hvilket produksjonsrør er inndelt i to seksjoner; en bunnseksjon (1) og en svevende seksjon (2), karakterisert ved at bunnseksjonen (1) utlegges på havbunnen hovedsakelig rettlinjet og festes til ventiltreet (5) i sin ene ende, at sveveseksjonen (2) utlegges i kjedelinjeform og flytende ved hjelp av flytelegemer nede i vannet og festes I sin ene ende til fartøyet (8) og i sin andre ende festes den ettergivende til en bunnforankring (7), og med rørenden noe i avstand fra bunnen, og at rørendene trekkes mot hverandre og oppkoples 1 nenvte avstand fra bunnen idet bunnforankrlngens ettergivenhet og de stive rørs elastisitet utnyttes for å muliggjøre dette uten å introdusere punktbelastninger i rørene, samt holde disse i strekk.

6. Fremgangsmåte Ifølge krav 5, karakterisert ved at rørendene trekkes mot hverandre ved hjelp av et intrekkingsverktøy som anbringes med en ROV (6).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at inntrekkingsverktøyet koples til sveveseksjonens ende hvoretter en line anbringes og festes ved hjelp av ROV (6) til bunnseksjonens ende før Inntrekkingsverktøyet settes i drift og trekker rørendene mot hverandre og foretar oppkoplingen.

8. Fremgangsmåte Ifølge krav 5, karakterisert ved at sveveseksjonen (2) utlegges før bunnseksj onen (1).

9. Fremgangsmåte ved utskiftning av bunnseksjonen av et produksjonsrørsystem Ifølge krav 1-4, karakterisert ved at rørendene koples fra hverandre og bunnseksjonens ende slippes kontrollert mot havbunnen hvoretter bunnseksjonens andre ende løsgjøres fra ventiltreet og fjernes og en erstattende bunnseksjon installeres etter fremgangsmåten ifølge et av kravene 5-7.

10. Fremgangsmåte ved utskiftning av svevesekjonen av et produksjonrørsystem ifølge krav 1-4, karakterisert ved at rørendene kobles fra hverandre og bunnseksjonens ende slippes kontrollert mot havbunnen hvoretter sveveseksjonens andre ende løsgjøres fra fartøyet og fjernes og en erstattende sveveseksjon installeres etter fremgangsmåten ifølge et av kravene 5-7.