NO327464B1 - Stigerorsystem - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er relatert til et stigerørssystem omfattende en teleskopisk forbindelse (26) anbrakt ved toppen av stigerøret som er utstyrt med et element som dersom utilbørlig strekkspenning inntreffer sikrer at forbindelsen bryter ut fra en låst posisjon og en fleksibel forbindelse ved bunnen av stigerøret som er låst under normale operasjoner tillates å bryte ut fra sin låste posisjon for å tillate lav momentrotasjon av stigerøret i forhold til barriereelementet. Oppfinnelsen tillater at stigerørssystemet tilpasser seg utilbørlige strekkrefter uten å bryte eller ødelegge brønnhodet som det er festet til.

Description

Den følgende oppfinnelsen angår et stigerørssikkerhetssystem omfattende et

stigerør.

Stigerør som anvendes i komplettering og overhaling klassifiseres som midlertidige stigerørssystemer. Disse stigerørene er normalt forsynt med en avkoblingsfunksjon, normalt en såkalt EQDP eller EDP (Emergency Quick Disconnect Package) som er anbrakt over den undersjøiske barrieren (BOP eller LRP). Dersom de miljømessige forholdene overstiger de som er satt for sikker operasjon kan stigerøret bli frakoblet. I den frakoblede stillingen oppnås brønnbarrierekravene ved operasjon av barriereelementene (i BOP eller LRP) og stigerøret plasseres i avhengt modus til normale operasjoner kan gjenopptas.

Ett overstyringsprinsipp for overhalingsstigerør er at den totale systemutformingen skal være feilsikker. Systemet bør også være utformet for å sikre at ingen enkeltfeil vil forårsake en uakseptabel risiko i forhold til personalsikkerhet, miljø og tap av finansielle eiendeler.

Undersjøiske operasjoner utføres ved bruk av et dynamisk posisjonert (DP) fartøy eller et ankret fartøy. Tap av fartøyets posisjonsstabilitet er klassifisert som en ulykkeshendelse. For ankrede fartøyer er det normalt å designe for tap av ett anker (dvs. enkeltfeil). På grunn av responstider for drift-off kombinert med begrensede advarsel systemer i forhold til posisjonsstabilitet er det ikke normalt å utføre en rask frakobling av stigerøret ved tap av ett anker. Dette betyr at systemsikkerheten er sikret ved totale systemkrav og operasjoner, tatt i betraktning ankertype, oppankringsmåte, antall oppankringslinjer og oppankringsanalyser. Dersom fartøyets maksimale avvik overstiger basisgrensene for designet (dvs. tap av mer enn ett anker), kan den totale systemsikkerheten ikke garanteres.

Både DP-fartøyer og ankrede fartøyer kan få drift-off fra sin posisjon på grunn av vind og bølgeinnvirkning. Dette kan kompenseres for ved bruk av fartøyets systemer for posisjonsstabilitet. Imidlertid, dersom et anker eller DP-system feiler vil fartøyet bevege seg hurtig og danne en drive-off situasjon. Det er antatt at fartøyets drive-off kan konverteres til drift-off før en kritisk grense overstiges. For DP-fartøyer er det normalt å designe for fartøyet drift-off. Total systemsikkerhet sikres ved å ha DP sirkelstyring og begrenset operasjon (dvs. begrensede miljømessige betingelser) som er kompatible med responstiden for å utføre en EQD av stigerøret.

For både oppankrede fartøyer og DP-fartøyer er responstidene for drift-off funksjoner av gjeldende miljøforhold. Graden av fartøyets drift-off i betydning prosent av vanndybde for ankrede fartøyer er nær konstant. For DP-fartøyer er driften avhengig av vanndybde. Denne forskjellen gjør operasjoner fra DP-fartøyer i grunt vann mer utfordrende.

Under tap av fartøyets posisjonsstabilitet utsettes barriereelementene initialt for økende bøyemomenter som en funksjon av fartøyets drift-off. Dersom det under drift-off er en maksimal utslagslengde for systemet så vil barriereelementene også bli utsatt for betydelige strekkspenninger. Strukturer med primære barrierefunksjoner på havbunnen kan derfor bli skadet. En maksimal utstrekning (engelsk: stroke-out) betyr at ett av kompensasjonssystemelementene, slik som en teleskopisk forbindelse, når sitt endepunkt. Dersom kombinasjonen av påført spenning og bøying overstiger den kombinerte lastkapasiteten til barriereelementene kan brønnbarriereintegriteten være tapt.

Det nåværende systemet anvender sikkerhetsforbindelser eller svake forbindelser for å beskytte stigerørsystemet og brønninstallasjonen fra en overbelastning i tilfelle det skjer en rask drift-off eller maksimal utstrekning for systemet. Den svake forbindelsen er anbrakt over barriereelementene. Feilmodus til den svake forbindelsen kan være utilbørlig strekkspenning som vist i US patent 5 951 061, utilbørlig bøying, som vist i norsk patent 321184, eller en kombinasjon av begge disse. Når en svak forbindelse er aktivert og stigerøret fraskilt brønnhodet vil brønnen få en utblåsning til sjø i en periode før isoleringsanordningene (i BOP) stenger av og lukker. Denne perioden kan være i området fra 30-60 sekunder. Dersom innholdet er for det meste gass kan den utblåste gassen ha vesentlig innvirkning på fartøyet, spesielt i grunt vann, både i forhold til flyteevne og fare for gasseksplosjon. I tillegg vil stigerørsinnholdet over separasjonspunktet bli oppsluppet til sjø. Dersom innholdet for det meste er gass vil det bli en vesentlig "raketteffekt" fra de utblåste gassene på stigerøret over separasjonspunktet.

Videre er det kjent fra publikasjonen WO 98/58152 et stigerørsystem med et stigerør fra et undersjøisk brønnhode til et fartøy, hvor stigerøret omfatter en teleskopisk skjøt og en fleksibel skjøt.

På grunn av operasjonsmessige krav kan ikke den lavere strukturmessige kapasiteten til den svake forbindelsen bli vesentlig redusert under definerte grenser. Av økonomiske årsaker kan ikke den lavere strukturmessige kapasiteten til barriereelementene økes vesentlig. Derfor kan situasjoner inntreffe når den øvre kapasiteten til den svake forbindelsen overstige den lavere kapasiteten til barriereelementene. Disse situasjonene kan være på grunn av operasjoner utenfor forutsetningene for systemet, tap av mer enn ett anker, DP drive-off som ikke konverteres til drift-off før en systemkritisk grense er nådd eller DP-operasjoner på grunt vann.

Det er derfor et behov for å tilveiebringe et stigerørsystem som vil gi operatøren mer tid til å lukke barrierene før den svake forbindelsen er aktivert, eller til og med ha tilstrekkelig tid til å aktivere nødfrakoblingsfunksjonen (EQDP eller EDP).

I samsvar med oppfinnelsen omfatter stigerøret følgende elementer:

1. En teleskopisk forbindelse anbrakt ved fartøyets boregulv som er utstyrt med et element som, dersom utilbørlig strekkspenning inntreffer, sikrer at forbindelsen bryter ut fra sin låste posisjon. 2. En fleksibel forbindelse anbrakt over stigerørets nedre belastningsstykke som er utformet til å begrense bøying under normale operasjoner men som tillater at det bøyes med lav momentrotasjon hos stigerøret i forhold til barriereelementet dersom bøyemomentet overstiger en fastsatt grense.

Oppfinnelsen er definert i det vedlagte patentkrav 1.

I ett aspekt av oppfinnelsen er teleskopforbindelsens låsemekanisme utstyrt med en svak forbindelse som sikrer at de to delene av forbindelsen vil bli separert ved en fastsatt spenning.

I et annet aspekt av oppfinnelsen kan låsemekanismen bli styrt slik at utbrytingen skjer gradvis, ved bruk av et kontrollert trykkelement som låser forbindelsen med friksjon. I tillegg kan det være en svak forbindelse eller en sikker løsrivningskopling anbrakt i området med lav bøying i den nedre delen av stigerøret.

Oppfinnelsen sørger for sikrere håndtering av situasjoner med drive-off eller maksimal utstrekning fordi den vil tillate mer tid til det blir nødvendig å aktivere de svake forbindelsene eller andre nødprosedyrer.

En utførelsesform av oppfinnelsen er den fleksible forbindelsen utstyrt med midler som tillater bøying men med et høyt initialt moment under initial rotasjon og et lavt eller i det vesentlige ikke-eksisterende moment under resten av rotasjonen.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med hensyn til tegningene hvor:

Fig. 1 er en tegning av et kjent stigerørsystem.

Fig. 2 er en deltegning av en teleskopisk forbindelse i samsvar med ett aspekt av oppfinnelsen. Fig. 3 er en tegning av et kuleledd med momentresistor i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 4 er et diagram av bøyekrefter versus avviksvinkel og

Fig. 5-9 er tegninger av ulike utførelsesformer av en svak forbindelse.

Fig. 1 viser et overhalingsstigerørssystem for bruk i brønnoverhalinger og kompletteringsoperasjoner. En brønn 10 har blitt boret fra havbunnen 12 ned i jorden og komplettert på normal måte, hvor det på toppen er anbrakt et brønnhode og et undersjøisk juletre 14. En BOP eller nedre stigerørspakke (LRP) 16 er låst på juletreet 14. En nødfrakobling (EDP) 18 er låst til LRP'en. Over EDP'en er det arrangert et belastningsstykke 20 som vil håndtere bøyemomenter i stigerøret. Ved den nedre enden av stigerøret er det en sikkerhetsforbindelse eller svak forbindelse 22. Stigerøret 24 i seg selv består av et antall rør som er skrudd eller på annen måte låst sammen for å danne en rørstreng som er kjent på fagområdet. På toppen av stigerøret er det en teleskopisk forbindelse 26.1 tegningen er den teleskopiske forbindelsen vist i sin sammenlagte posisjon. Stigerøret 24 holdes i strekkspenning ved bruk av et strekkspenningssystem 28 på normal måte. En overflatestrømning 3 er festet til toppen av stigerøret og holdes forspent ved bruk av vertikalbevegelseskompensatoren (ikke vist). Fartøyet har et kjellerdekk 32 og et boredekk 34. Alle operasjoner utføres på boredekket.

I fig. 2 er det vist en teleskopisk forbindelse 26 i samsvar med oppfinnelsen. Forbindelsen omfatter et første rør 101 som er koblet til stigerøret 24 og et andre rør 102 som er glidende innfestet i det første røret 101.1 fig. 2 er den første utførelsesform av et sikkerhetselement 103 vist. Pipedelen 101 har en låseflens 104. På den andre pipedelen 102 er det låseelementer, f.eks. fingre 106, med klør eller ender 107 som er utformet til å passe rundt og gripe flensen 104. Fingrene 106 er festet til en ring 110 som danner en konnektor med fingre 111 som kan låses inn i en skulder 112. Fingrene 111 er bevegelige aksialt ved en aktueringsanordning 108 som f.eks. kan være en hydraulisk aktuator med sylindre 109.1 situasjonen vist i tegningene, når konnektoren er ulåst, vil den skyve fingrene 106 slik at endene 107 vil gripe om flensen 104.

Fingrene 106 er laget av et elastisk materiale som vil gi etter når en bestemt strekkspenning påføres. De vil da bevege seg utover og endene 107 vil bli løsgitt fra flensen 104. Dette vil låse opp de to teleskopiske rørdelene og muliggjøre at teleskopet strekker seg helt ut. Frigivelseskreftene til fingrene 106 er beregnet og et passende materiale vil bli valgt på basis av den ønskede kraftgrensen.

I tegningen i fig. 2 er det også vist en alternativ utførelsesform av sikkerhetselementet 106. Et hus 120 er festet til den første pipedelen 101, huset definerer et ringformet rom 122 mellom huset 120 og det indre røret 102.1 det ringformede rommet 122 er det arrangert et oppblåsbart element, f.eks. en gummibag 126. En fluidleder (ikke vist) er arrangert for å forsyne fluid under trykk til det ringformede rommet 122. Når fluid under trykk forsynes til det ringformede rommet 122 vil det tvinge det oppblåsbare elementet 126 til å komme i kontakt med det ytre området av røret 102 og utøve en friksjonskraft på utsiden av røret 102. Ved å regulere fluidtrykket ved hjelp av reguleringsmidler vil røret 102 holdes stasjonært i forhold til røret 101 og dermed låse de to rørene av den teleskopiske forbindelsen sammen.

Det kan være to funksjoner tilknyttet denne anordningen. På den ene siden kan gummielementet fungere som et låseelement som holder de teleskopiske forbindelsesdelene stasjonært med hensyn til hverandre. Med denne anordningen kan den teleskopiske forbindelsen bli låst i enhver posisjon. På den andre siden kan trykket i rommet 120 styres slik at røret 102 kan beveges oppover i forhold til røret 101 når tilstrekkelig strekkspenning påføres røret 102. Dette muliggjør at anordningen kan brukes som en styrt sikkerhetsforbindelse hvor de to rørdelene hos den teleskopiske forbindelsen kan være tillatt å trekkes fra hverandre i en. overtrekkingssituasjon, men på en sakte og styrt måte. Dette vil gi en operatør tid til å utbedre situasjonen før den teleskopiske forbindelsen når bunnen.

I fig. 3 er det vist et belastningsstykke 20 av en kjent type. Belastningsstykket

består av en kileformet hylse som omgir et rør. Dette styrer bøyingen av røret og sikrer at bøyingen vil være gradvis og hindrer utilbørlig bøying ved et punkt hvor den er tilkoblet EDP 18. Bøyingen vil øke på lineær måte som vist med linje 51 i fig. 4 hvor bøyemomentet M er plottet mot bøyevinkel 0. Imidlertid er ikke bøying av stigerøret ønskelig på grunn av problemet med rør som er anbrakt inne i stigerøret, som også vil oppleve bøyekrefter. Slike rør kan være borerør eller kveilrør. Det er derfor ønskelig å ha en så stiv forbindelse som mulig på dette stedet men, som nevnt ovenfor, vil en stiv forbindelse medføre bøyekrefter på stigerøret, lokalisert til koblingen mellom stigerøret og EDP'en.

T samsvar med et annet aspekt ved oppfinnelsen er det derfor foreslått å anvende en fleksibel forbindelse som normalt er stiv som vil gi etter dersom bøyingsmomentet overstiger en fastsatt grense og vil ha ikke noe særlig motstand i forhold til ytterligere bøying. Dette scenarioet er illustrert ved linjen 52 i fig. 4. Som det kan ses, når bøyemomentet øker vil forbindelsen motstå bøying opptil den fastsatte grensen og dersom momentet overstiger denne grensen kan bøyevinkelen endre seg hurtig.

I fig. 5 er det vist en første utførelsesform av en slik fleksibel forbindelse 60. Forbindelsen er en konvensjonell kuleledd med en kule 62 som kan rotere i setet 61. Overflaten til kulen 62 er dekket med et lim eller et annet materiale 63 som holder

de to delene sammen under normale operasjoner men vil gi etter ved et fastsatt bøyemoment. En annen mulighet er å låse setet til kulen ved bruk av skjærpinner eller liknende (ikke vist) som også er kjent teknologi.

Fig. 6 viser en alternativ utførelsesform av en fleksibel forbindelse 85 hvor to kuler muliggjør at bøying inntreffer på to steder. Et nedre sete 86 er festet til EDP 18 og et øvre sete 87 er festet til stigerøret 24. Kuleforbindelsen 88 omfatter to kuler, hver anbrakt i seter 86, 87. Som diskutert ovenfor kan kulene ha en overflate dekket med lim eller låser hver kule til sitt sete, men gir etter når en fastsatt bøyekraftgrense er nådd.

I fig. 7 er det vist en annen utførelsesform av en fleksibel forbindelse 60'

omfattende et sete 61 og en kule 62. Festet mellom setet 61 og en flens 65 er det arrangert et deformerbart eller sprøtt element 66. Elementet vil deformere seg ved et fastsatt bøyemoment og vil være slik at det vil feile katastrofisk, dvs. at når deformeringen starter vil den ikke motstå ytterligere deformering.

I fig. 8 er det vist enda en utførelsesform av en fleksibel forbindelse 70 omfattende

en kuleledd hvor setet omfatter to halvdeler 71 og 72 som innelukker kulen 73. De

to halvdelene er koblet sammen med én eller flere fjærer 74, 75 som er ment å presse de to halvdelene sammen for på denne måte å øke friksjonen til kulen mot setene. Når bøyemomentet overstiger en viss grense vil fjærene bryte og kulen kan fritt rotere i forhold til setet.

I fig. 9 er det vist enda en utførelsesform av en fiberforbindelse 80 omfattende en kuleforbindelse som i fig. 7 men med et deformerbart element vist i fig. 7, en hydraulisk demper 84 f.eks. én eller flere stempel/sylinderarrangementer anbrakt mellom setet 81 og en skulder 83 på kuledelen 82. Sylinderen er i fluidforbindelse med et styringssystem som styrer trykket i sylinderen. Styringssystemet kan også kommunisere med sensorer som overvåker bøyemomentet og har midler for å åpne en ventil for å redusere trykket i sylinderen dersom bøyemomentet overstiger det fastsatte trykket. Alternativt kan fluidlederen ha en sikkerhetsventil eller sprengskive slik at når fluidtrykket overstiger en grense vil ventilen åpne og frigi trykket, for derved å muliggjøre at forbindelsen roterer.

Når drive-off eller drift-off inntreffer for et fartøy på grunn av en feil vil bøyevinkelen 9 øke. Samtidig vil strekkspenningen i stigerøret også øke fordi avstanden fra fartøyet til havbunnen øker (på grunn av at den beveger seg vekk fra opprinnelig posisjon). Drift-off vil normalt trigge en advarsel til styresystemet og sine operatører for å gjenopprette normal fartøyposisjon. Dersom situasjonen ikke kan utbedres vil en terskelgrense for strekkspenning i stigerøret bli møtt, og sikkerhetselementet 103 vil stoppe og motstå utvidelsen av teleskopforbindelsen 26 og sikkerhetselementet 103 vil utløse og den teleskopiske forbindelsen 26 vil utvide seg. Terskelverdien for buevinkelen 0 kan enten settes slik at den fleksible forbindelsen 60, 60', 70, 80 eller 85 stopper med å motstå bøyingen før frigjøringen av sikkerhetselementet 103 eller etter. Dette avhenger av type fartøy og vanndybde. F.eks. ved grunne vanndybder vil terskelbøyevinkelen 9 møtes raskere og stigerøret tillates å bøyes før strekkspenningen blir for høy. Et annet problem er en maksimal utstrekning eller feil i kompensatoren som vil resultere i en hurtig økning i strekkspenning mens bøyevinkelen 9 ikke vil øke. Det verste scenariet er et fartøy i drive-off som inntreffer samtidig med en kompensatorfeil hvor begge ting skjer samtidig.

Følgelig kan en forsinkelse i drift-off oppnås, hvor operatøren i dette tilfellet kan ha fatt tid til å lukke barrierene eller aktivere nødfrakoblingsegenskapen (EQDP) og hindre bruken av den svake forbindelsen.

Claims (11)

1. Stigerørssystem omfattende: - et stigerør (24) som strekker seg fra et undersjøisk brønnhode (11) til et overflatefartøy, hvor stigerøret holdes under strekkspenning, - en teleskopisk forbindelse (26) arrangert ved den øvre delen av stigerøret (24), og en fleksibel forbindelse (60, 60', 70, 80, 85) arrangert ved den nedre enden av stigerøret, hvor den fleksible forbindelsen omfatter midler for å motstå bøying opptil en satt grense,karakterisert ved at den teleskopiske forbindelsen omfatter et sikkerhetsarrangement (103) som vil gi etter eller ødelegges når spenningen overstiger en satt verdi.
2. 2. System i samsvar med krav 1,karakterisert ved at sikkerhetselementet (103) omfatter et låseelement (106).
3. 3. System i samsvar med krav 2,karakterisert ved at låseelementet (106) omfatter låsehaker (107).
4. 4. System i samsvar med krav 1,karakterisert ved at sikkerhetselementet (106) omfatter et oppblåsbart element (126).
5. 5. System i samsvar med krav 4,karakterisert ved at det omfatter et innløp for trykksatt fluid for utvidelse av det oppblåsbare elementet (126).
6. 6. System i samsvar med krav 5,karakterisert ved at det omfatter styringsmidler for å regulere fluidtrykk i bagen.
7. 7. System i samsvar med krav 1,karakterisert ved at den fleksible forbindelsen omfatter en kule (62) og et sete (61).
8. 8. System i samsvar med krav 7,karakterisert ved at kulen er låst til setet ved bruk av skjærpinner.
9. 9. System i samsvar med krav 7,karakterisert ved at kulen er dekket med et lim (63).
10. 10. System i samsvar med krav 7,karakterisert ved at den omfatter et deformerbart eller skjørt element (66).
11. 11. System i samsvar med krav 7,karakterisert ved at den omfatter en hydraulisk demper (84).