NO321184B1 - Anordning for sikkerhetsskjot for et ror - Google Patents

Description

Oppfinnelsen omhandler en anordning ved sikkerhetsskjøt for et rør, spesielt et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter to teleskoperende deler som er sammenbundet ved hjelp av midler som er innrettet til å brytes ved en bestemt aksial påkjenning.

Operasjoner i havbunnsbrønner foregår vanligvis ved at det etableres en lukket søyle som forbinder brønnen med et fartøy på overflaten som vil gi en sikker adgang til brønnen. En slik søyle betegnes vanligvis som et stigerør eller stigerørsystem og omfatter ikke bare selve røret men også flere andre innretninger som i tillegg til selve røret er nødvendig for sikker adgang til brønnen. Alle operasjoner nede i brønnen foregår gjennom stigerøret idet dette danner en barriere mellom brønnfluider og det omgivende sjøvann. Arbeidene utføres på en "levende" brønn, dvs. at brønnen er åpen helt opp til fartøyet med brønnfluider som har et trykk tilsvarende formasjonstrykket. Stigerøret må derfor være dimensjonert for å kunne motstå høye brønntrykk. Motsatt kan en ukontrollert utblåsning gjøre at stigerøret fylles med gass fra brønnen noe som vil føre til at trykket inne i stigerøret synker tilnærmet mot null.

Stigerørsystemet omfatter vanligvis en nedre stigerørspakke LRP (Lower Riser Package) med et antall ventiler for å stenge ned brønnen, og som dermed funksjonsmessig tilsvarer en boresikringsventil (BOP). Videre er det anordnet en nødfrakoblingspakke EQDP (Emergency Quick Disconnect Package) og en bøyeskjøt (stress joint). I øvre ende av stigerøret, dvs. i fartøyet, er det vanligvis anordnet en overflate BOP. I tillegg kan stigerøret være utstyrt med bøyeledd, oppdriftselementer samt eventuelle andre innretninger for operasjoner på en havbunnsbrønn.

Når operasjoner skal gjøres på brønner plassert på større havdyp, benyttes et fartøy som holdes i riktig posisjon ved hjelp av propeller og/eller trustere. Slike fartøy kalles dynamisk posisjonerte (DP) fartøy. Slike fartøy er svært avhengige av at alle systemer fungerer tilfredsstillende og vanlig praksis krever at de er utstyrt med flere systemer som sikkerhet mot at fartøyet ikke driver av fra sin posisjon.

Under operasjoner fra et dynamisk posisjonert fartøy vil det kunne oppstå situasjoner hvor det blir nødvendig raskt å forlate posisjonen over brønnen. Dette kan være kontrollert, såsom et varsel om forverrede værforhold gjør det nødvendig å evakuere posisjonen, eller ukontrollert, i tilfelle noen av systemene feiler og fartøyet begynner å drive av posisjonen. En slik situasjon kan også oppstå ved plutselig dårlig vær, men spesielt i situasjoner hvor fartøyets systemer ikke er i stand til å holde fartøyet i korrekt posisjon over brønnen. Konsekvensene av en slik situasjon kan være at hivkompenseringssystemet bunner ut eller at stigrøret kommer i en uakseptabel vinkel som medfører belastninger over stigerørets designlast. Fartøyets hivkompenseirngssystem, som sørger for at stigerørssystemet holder seg i ro vertikalt i forhold til havbunnen mens fartøyet hiver på seg pga. bølger og vær, kan også i enkelte tilfeller låse seg og vil da påføre høye strekkrefter på stigerør og medføre fare for tap av brønnbarrieren(e).

Slike situasjoner kan forårsake brudd i stigerøret. I slike situasjoner er det viktig at bruddet kontrolleres, dvs. at det kommer på et sted hvor brønnens barrierer forblir intakte.

Brudd på stigerøret kan forårsake skade på fartøyet og være farlig for personell i tillegg til å kunne forårsake miljøskader, dvs. utslipp av hydrokarboner, hydraulisk fluid eller lignende. Dette kan skje på grunn av energien i det strekte stigerør og innholdet i stigerøret. En kompliserende faktor vil være til stede dersom stigerøret har et innvendig trykk med et ustabilisert fluid eller en blanding av gass og fluid. Fluidet som da strømmer ut av stigerørets nedre ende vil forårsake en oppoverrettet kraft som søker å presse stigerøret opp i riggen mot hivkompenseringen og dermed gjøre situasjonen mer ustabil. I sin ytterste konsekvens kan stigerøret presses oppover med en slik kraft at utstyret i fartøyet påføres store skader og til og med havarere. En slik situasjon kan også medføre tap av menneskeliv.

Det er tidligere kjent å utstyre rør med en sikkerhetsskjøt som brytes dersom røret blir utsatt for et strekk over en forhåndsbestemt verdi. Disse omfatter skjærpinner som brytes ved et strekk i røret. I enkelte applikasjoner, som eksempelvis stigerør som er forbundet mellom en flytende plattform og havbunnen, kan det imidlertid være et større problem at det kan utsettes for store bøyemomenter dersom fartøyet driver av posisjonen.

Oppfinnelsen søker å avhjelpe dette problemet ved å utstyre stigerøret med en anordning som gjør at røret brytes på et forhåndsbestemt sted når det utsettes for et bøyemoment av en bestemt verdi.

Dette oppnås ved at skjøten omfatter midler for translasjon av bøyningsmoment til aksial last, som angitt i de vedføyde krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger hvor;

Fig. 1 viser et snitt gjennom en skjøt i henhold til oppfinnelsen, og

Fig. 2-5 viser skjøten på ulike stadier av bøyning.

På fig. 1 er vist en skjøt 10. Denne er utformet som en separat del med koblingsender 12, 14 for innkobling i et rør. Den kan være plassert hvor som helst der det er hensiktsmessig, men fordelaktig er den plassert like over skjøten for nødfrakobling. Eventuelt kan skjøten være en del av nødfrakoblingsenheten. I utførelsen vist på tegningen er skjøten brukt i et to-løps stigerør og har dermed en gjennomgående hovedkanal eller indre passasje 16 og en sidekanal 18, 18' som er forbundet med hverandre med en fleksibel slange 19.

Skjøten omfatter et nedre hus 20 som omfatter et parti med en utvidet diameter for den indre passasje 16, til mottak av en rørstuss 22.1 sin øvre ende er på huset 20 påskrudd en koppformet flens 24 som er utkraget oppover og har en ringformet endeflate 26. Mellom huset 20 og rørstussen 22 er anordnet tetningselementer 23 og 25.1 en utskjæring 28 er anordnet et flytende stempel 30. Volumet over stempelet 30 står via en kanal 31 i forbindelse med passasjen 16, og volumet under stempelet står via en kanal (ikke vist) i forbindelse med omgivelsene. Stempelet fungerer dermed som en strekkutligning som gjør separasjonskraften mellom rørstuss 22 og hus 20 uavhengig av varierende trykk inne i passasjen 16. Rørstussen 22 fastholdes i huset 20 ved hjelp av to sett bruddpinner 32, 34. Disse kan være pinner jevnt fordelt rundt omkretsen eller være formet som en ring. Bruddpinnene er innrettet til å brytes når de blir utsatt for en forhåndsbestemt kraft.

Rørstussen 22 har et øvre utkraget parti 36 med nedovervendt 37 og øvre 38 flater, som danner endeflater. Disse flater er fordelaktig sfæriske flater.

Skjøten omfatter videre et øvre hus 40 som har en nedre del 42 som er et parti med en utvidet ytre diameter, som danner en utkraging. I utkragingen 42 er anordnet et hulrom 44 til mottak av rørstussens 22 utkragede parti 36. Hulrommet avgrenses av en indre sylindrisk del 46 med en endeflate 47 som er beregnet på å ligge an mot endeflaten 38, og en ytre sylindrisk del 48 hvori er anordnet et antall utboringer 49, 50 (kun to er vist) for mottak av bolter 51, 52. Til enden av delen 42 er ved hjelp av boltene 51, 52 påskrudd en flens 54. Flensens 54 ytterdiameter er omtrentlig lik den ytre diameter av den koppformede flens 24. Flensens innerside er utformet med en oppovervendt sfærisk flate 56. En gummihylse 60 er anordnet slik at den ligger mellom flatene 56 og 37. Gummihylsen fungerer som en bøyningsbegrenser for å minske påkjenningene på stigerøret under vanlig bruk samt er trykkbarriere mellom passasje 16 og omgivelsene noe som er vel kjent. Flensens ytterside er utformet med en nedadvendt sirkulær flate 55, som danner en flensflate.

En eller flere låseanordninger 70 kan være anordnet for å stive opp leddet som utgjøres av 40, 22 og 60 og for å holde skjøten sammen i tilfeller der man hverken ønsker bøybarhet eller å ha sikkerhetsskjøten aktivisert. Dette kan være under installasjon og trekking av stigerørsystemet, og under håndtering av sikkerhetsskjøten og dens motstående komponenter.

Når stigerøret utsettes for et strekk utover en forhåndsbestemt verdi vil bruddpinnene 32 ryke slik at den øvre del begynner å separeres fra den nedre del. Denne separasjonen vil fortsette til stempelet 30 møter øvre vegg i utskjæring 28, hvorpå bruddpinner 34 ryker med påfølgende komplett separasjon. De øvre bruddpinnene 32 er dimensjonert for ikke å ryke før strekk i stigerøret har overskredet tillatt verdi, men før man påfører skade på brønnkontrollelementene eller andre deler av stigerørssystemet. Bruddpinner 34 er dimensjonert for å motstå strekkrefter som følge av separasjonskraften trykket i passasje 16 påfører, hvilket vil være mye lavere enn kapasiteten til bruddpinner 32. Dermed kan man sikre seg at stigerøret brytes på et forhåndsbestemt sted.

Når stigerøret utsettes for et bøyningsmoment utover det tillatte som opptas i fleksileddet vil stigerørets øvre del stå i en vinkel i forhold til den nedre del, slik som vist på fig. 2. Flensflaten 55 vil dermed støte an mot flaten 26. Fortsatt avbøyning vil bevirke at flensen 54 virker som en momentarm som gir en oppoverrettet kraft mot gummihylsen 60. Dermed vil rørstussen 22 tvinges aksialt oppover slik at det oppstår et strekk i rørstussen 22. Dersom avbøyningen blir stor nok vil dette medføre at bruddpinnene 32 brytes, fig. 3. Rørstussen 22 vil så ta med seg stempel 30 og bruddpinner 34 til stempel 30 går i endestopp og bruddpinner 34 ryker (fig. 4). Den øvre delen 40 av skjøten vil dermed bli adskilt fra den nedre delen 20 og kan trekkes opp, som vist på fig. 5.

Stigerøret er innrettet til, under normal drift, å kunne deflektere (bøye seg) innenfor visse grenser. Denne defleksjonen blir tatt opp av fleksileddet som utgjøres av gummihylsen 60. Stigerøret må betraktes som en stiv søyle og på grunn av fartøyets bevegelser med bølger og vind vil stigerøret alltid være utsatt for en viss defleksjon som kan medføre en fare for tretthetsbrudd i røret, og som gjør at et bøyeledd er nødvendig. Fartøyets dynamiske posisjoneirngssystem vil normalt sørge for å holde fartøyet i en posisjon som ligger innenfor de tillatte grenser som kan opptas av fleksileddet. Imidlertid kan det skje at posisjoneringssystemet svikter og at fartøyet beveger seg utover sin sikre posisjon. En slik situasjon kan oppstå uventet og utvikle seg meget raskt slik at det ikke blir tid til å aktivere de normale prosedyrene for nødfrakobling, dvs. frakobling ved hjelp av EQDP. Oppfinnelsen vil gjøre at stigerøret brytes på et forhåndsbestemt punkt som unngår ødeleggelse av annet utstyr eller brønnen.

Den gjenstående del av skjøten kan siden hentes opp til overflaten og skjøten klargjøres for fortsatt bruk.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til et stigerør for bruk til havs er det klart at oppfinnelsen kan finne anvendelse i enhver applikasjon hvor et rør utsettes for store bøyemomenter og hvor det er ønskelig at røret ryker på et forhåndsbestemt punkt.

Claims (7)

1. Anordning ved sikkerhetsskjøt for et rør, spesielt et stigerør som strekker seg mellom et fartøy og en undervannsinstallasjon, hvilken skjøt omfatter to teleskoperende deler (20, 22, 40) som er sammenbundet ved hjelp av midler (32, 34) som er innrettet til å brytes ved en bestemt aksial strekkpåkjenning, karakterisert ved at skjøten omfatter midler (26, 55) for translasjon av bøyningsmoment til aksial strekkpåkjenning.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte midler (26, 55) omfatter en momentarm.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at momentarmen utgjøres av to flenser (26, 55) anordnet på hhv de første og andre teleskoperende deler (20, 22), hvilke flenser kommer til anlegg mot hverandre under utbøyning.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at skjøten omfatter et fleksibelt ledd (60).

5. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at skjøten omfatter et stempel (30) som nøytraliserer separasjonskrefter grunnet trykk i boringen (16)

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bruddmidlene er bruddpinner (32, 34).

7. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bruddmidlene er bruddringer.