NO330652B1 - Offshore lastesystem med bolgedempning, omfattende en slank fortoyningsboye - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fortøyningsbøye for et lastesystem for hydrokarboner som omfatter en nedsenket del og en del som stikker opp over vannflaten.

Et slikt system for lasting av hydrokarbon er kjent fra FR A 2 768 993. I denne publikasjonen er en offshoreplattform eller FPSO forbundet med en fortøyningsbøye som har kjettingforankringer. Bøyen er forbundet med den flytende konstruksjonen med en strekksatt line som omfatter et rør oppdelt i rom som har en positiv oppdrift. Røret understøtter hydrokarbon overføringsforbindelser og er i den ene enden forbundet med FPSO mens fluidoverføringsforbindelsene er forbundet med FPSO med en fleksibel rørseksjon. På den andre siden er den strekksatte linen forbundet med forankringene for bøyen mens fluidoverføringsforbindelsen er forbundet med bøyen med en fleksibel slan-geseksjon. En bevegelse av FPSO i en eller annen retning på grunn av vind eller strømmer resulterer i en bevegelse for bøyen med akkurat samme utslag. Distansen mellom bøyen og FPSO opprettholdt i alt vesentlig konstant mens det nedsenkede transportrøret ikke trenger å tilpasse relative forskyvninger mellom bøyen og FPSO.

Det kjente systemet har som en ulempe at nedsenkede rørledninger med større lengde fortsatt vil være gjenstand for problemer med tretthet i forhold til (lokalt) kompresjon og bøyninger i fluidtransportrøret. Det kjente fluidtransportrøret er forbundet med spenningsdelen i hele sin lengde, hvor spenningsdelen er del av hele fortøyningsutformingen. Som et resultat av dette vil fluidtransportrøret være tvunget til å følge bevegelsene til bøyen og FPSO mens selve fluidtransportrøret ikke bidrar i forankringssystemet. Fluidtransportrøret har fleksible slanger i hver ende og er ikke oppspent horisontalt. Dette, kombinert med det faktum at FPSO er relativt stor og bøyen er liten og har forskjellige (horisontale) måter å bevege seg på sett ut fra den store forskjellen i størrelse, leder til horisontale bevegelser og variasjon i spenningen på spenningsdelen, hvor dens bevegelser vil bli overført direkte til ståltransportrøret og som vil skape aksiale spenninger når endene på stålrøret på transportstrekningen beveger seg på forskjellige måter. Dette resulterer i lokal tretthet, kompresjon og bøyninger på transportstrekningen. Den kjente konstruksjonen passer ikke for transportstrekninger lenger enn 500 m og ved bruk av en relativt stort tankskip fortøyd til den relativt lille bøyen. I slike tilfeller vil den flytende konstruksjonen kjent fra FR A 2 768 993 både ha mer eller mindre uavhengig bevegelser og utslag som ikke kan være kombinert med den meget lange spenningsdelen som øker faren for slakk og bøyninger og kompresjon av rørledningen.

Andre system som bruker store stålrør som lastelinje for dypvanns enkeltpunkts fortøyningsterminaler som reduserer konstant bølgebevegelsespåvirkning pålagt ved Single Point Mooring (SPM)-bøyen og på lasterøret er beskrevet i GB A 2 335 723 og i US A 6 109 989. I disse kjente fortøyningsutformingene er fluidtransportledningene koplet direkte på bøyen slik at vertikale og horisontale bevegelser vil bli overført direkte til stigerørene og slik forårsake tretthetsproblemer i stålrørene som resulterer i et anstrengt liv som er for lite for det området som kreves (som er karakteristisk 25 ganger 10 eller 250 år). Slike tretthetsproblemer oppstår når første orden bølgeindusert høyfrekvensbevegelser i perioder på omtrent 10 s forekommer og forårsaker en relativt liten bevegelse på 3 m for en bøye fortøyd i 1 000 m dypt vann. Et annet tretthetsproblem for store stigerør av stål er skapt av annen orden lavfrekvens bevegelser som med en vanndybde på 1 000 m har perioder innen området 1-5 minutter og kan forårsake en relativ forskyvning i en størrelse på 400 m mellom de to flytende legemene (såkalt slow drift motions).

I WO 99 62762 er problemet med kompresjon og bøyning av ståltransportrøret løst med et bøyelig nedsenket rørledningsystem hvor spenningsvekter er lagt til i endene av den horisontale rørledning som medfører en horisontal spenningskraft på rørledningenes ender og slik unngår den farlige bøyningen og kompresjonen.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å bringe til veie en fortøyningsbøye for et lastesystem som er spesielt egnet for dypt vann hvor bølgebevegelser på bøyen er redusert og tretthetsproblemer nær tilkoplingen til det i alt vesentlig horisontale fluidtransportrøret er redusert.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fortøyningsbøye som omfatter en nedsenket del og en del som stikker opp over vannflaten, kjennetegnet ved at delen over vannflaten omfatter et fluidutløpsrør for tilkopling til et fartøy, bøyen er ankret til havbunnen med solide stramme forankringer, et i alt vesentlig horisontalt orientert fluidtransportrør som er forbundet fleksibelt med en tilkopling på bøyen, bøyen har en i alt vesentlig vertikal fluidkanal mellom tilkoplingen og utløpsrøret og en fortøyningstilkopling for feste til en fortøyningsline fra fartøyet, hvor lengden av bøyen er mellom 20 m og 70 m og forholdet mellom diameteren av den nedre seksjon av bøyen og lengden L er under 0,3, fortrinnsvis under 0,2, ingen hydrokarbontransportør strekker seg fra havbunn til bøyen.

Utformingen av den foreliggende bøyen reduserer tretthetsbelastningene på fortøyningstrossene og spesielt på det horisontale fluidtransportrøret som forbinder bøyen med en hydrokarbonproduserende enhet, slik som en FPSO, en halvt nedsenket eller en enhet som flyter på overflaten. Utformingen av den foreliggende fortøyningsbøyen reduserer bølge- og svingebevegelser, spesielt i den nedre enden av bøyen som det horisontalt orienterte fluidtransportrøret er forbundet fleksibelt med. Spesielt fordelaktig dynamisk bevegelse er oppnådd når det horisontale fluidtransportrøret som kan være laget av stålrør kan trekkes ut i lengderetningen ved at det er et kurvet forløp, f.eks. en U-form, W-form eller en annen kurvet utforming.

Med lengden av bøyen stikker det horisontale fluidtransportrøret dypere enn den bølgeaktive sonen. Bøyen ifølge den foreliggende oppfinnelse, omfatter fortrinnsvis ikke noen strukturell tilleggsvekt som fast ballastvekt, slik at forankringene og det horisontale fluidtransportrøret sørger for bøyens stabilitet. Et ballastrom kan bli stilt til rådighet overensstemmende med en utforming for å gjøre det mulig med selektiv trimming av bøyen og justering av spenningen på forankringene og dermed stivheten i fortøyningssystemet. Skjærkreftene fra forankringene på bøyen er svært små sammen-lignet med kreftene av oppdriften på bøyen. Forbindelsen med forankringene på eller nær bunnen av bøyen maksimerer hevarmen av bøyen i sjøen.

I en utførelse omfatter bøyen en øvre og en nedre seksjon, den øvre seksjonen er forbundet med den nedre seksjonen over et lager i alt vesentlig under vannflaten. I dette tilfelle er det formet en øvre værhaneseksjon. En utvalgt utforming omfatter en fortøyningsbøye som har en topp som kan rotere og stikker opp over vannflaten med relativt stor diameter og har tilleggsoppdrift. Toppen kan være formet som en dreieskive for fortøyningsforbindelsen slik at en tanker fortøyd til toppen lett kan bevege seg som en værhane rundt bøyen. Det relativt store oppdriftskammeret på den roterende toppen er over vannflaten i normal lastesituasjon siden det horisontale fluidtransportrøret er fylt med olje. Når det horisontale røret er fylt med vann, for eksempel under installasjonen vil den store flytende toppen på bøyen kompensere for den ekstra vekten skapt av vannet i det horisontale transportrøret. Den økte oppdriften av bøyen arbeider mot vippebevegelser for den smale bøyen som følge av at det drar i trossen fra det fortøyde skipet slik at i dette tilfelle vil reserveoppdriften fra toppen delvis bli trukket ned i vannet.

I tilfelle bøyen er skadet, for eksempel ved uønsket kontakt med en lastende tanker og er delvis nedsenket vil det forstørrede oppdriftstoppen på bøyen stabilisere bøyen på overflaten.

Noen utforminger av en fortøyningsbøye til bruk for hydrokarbontransport på dypt vann vil bli beskrevet nærmere under henvisning til de vedlagte tegningene. Her viser figur 1 skjematisk et hydrokarbonlastesystem fra den foreliggende oppfinnelsen, figurene 2 og 3 viser utforminger av en lastebøye hvor den øvre seksjonen er forbundet til en nedre bøyeseksjon roterende eller hengslet, figurene 4 og 5 viser utforminger hvor en tanker er fortøyd til en fortøyningsforbindelse under vannoverflaten forbundet roterende til lastebøyen, figurene 6-8 viser forskjellige utforminger av den nedre bøyeseksjonen, figurene 9-11 viser et snitt på langs, sett fra siden og flere snitt på tvers i en utforming av en fortøyningsbøye ifølge den foreliggende oppfinnelsen som har en topp som kan rotere, figur 12 viser en utforming av en bøye som omfatter en øvre seksjon som kan rotere, figur 13 viser en alternativ utforming av en bøye ifølge figur 12 som har en fortøyningsforbindelse nær den nedre enden av den øvre seksjonen, og figurene 14 og 15 viser alternative utforminger av en bøye ifølge den foreliggende oppfinnelsen som har en topp som kan rotere og som har forankringer som hver er forbundet til midtpartiet og til en nedre del av bøyen.

Figur 1 viser et dypvanns hydrokarbontransportsystem 1 som omfatter et produksjonsfartøy som f.eks. en FPSO 2, forankret til havbunnen 3 med forankringer 4. FPSO kan være forbundet med en hydrokarbonbrønnhode med mange stigerør 5.

I en viss avstand fra fartøyet 2, for eksempel noen hundre meter opp til flere kilometer foreligger en lastebøye 6 som et tankskip 7 er fortøyd til med en trosse 8 og en fortøyningsforbindelse 9. Bøyen 6 omfatter en del som stikker opp over vannflaten med en topp 11 som kan rotere, forbundet med en smal øvre seksjon 12 og en bredere nedre seksjon 13.

Lastebøyen 6 er forbundet med et fartøy 2 over et middels dypt stål transportrør 15 forbundet med bunnen 16 av bøyen med en fleksibel tilkopling 17. Den fleksible tilkoplingen som forbinder ståltransportrøret med bøyen 6 kan være anordnet i en avstand på opptil 2/3 av høyden på bøyen fra bunnen 16. Ståltransportrøret 15 kan ha en fleksibel rørseksjon, slik at det kan strekkes ut i lengderetningen i kontrast til den stramme og strekksatte utformingen vist i WO 99 62762. Lengden av transportrøret kan være fra flere hundre meter og opptil flere kilometer. Oppdriftselementer 18 kan foreligge for å gi transportrøret 15 en slapp W-utforming, som resulterer i et fleksibelt transportrør som kan strekkes i lengderetningen.

Bevegelsen til FPSO 2 er derved isolert fra lastebøyen 6 og er tatt opp av transportrøret 15 uten å forårsake bøyninger av bøyen 6.

Lengden L av lastebøyen 6 kan for eksempel være 50 m, mens diameteren D for den nedre seksjonen 13 kan være 9 m. Den øvre delen av toppen 11 som kan rotere kan stikke opp omtrent 7 m over vannflaten, slik at dybden av transportrøret 15 er omtrent 43 m under vannflaten.

Den fleksible tilkoplingen 17 forbinder transportrøret 15 med en vertikal fluidkanal 21 i bøyen som er forbundet med et dreibart rør eller en dreibar ring på toppen 11 som kan rotere. Det dreibare røret 23 er forbundet med et avlastningsrør 24 for tilkopling til en fleksibel hydrokarbontransportslange 25 fra tankskipet 7. Bøyen 6 er i bunnen 16 forbundet med en i alt vesentlig stram fortøyningsline 27, 28 som kan være dannet av polyester fortøyningstrosser festet til havbunnen 3 med konvensjonelle forankringsmidler.

Figur 2 viser en utforming hvor den smale øvre seksjonen 12 av bøyen 6 er forbundet med den bredere nedre seksjonen 13 med rullelager 30. Fortøyningstilkoplingen 9 er tilkoplet nær bunnen av den smale øvre seksjonen 12. Bevegelser fra tankskipet vil i dette tilfelle resultere i en liten krengning for bøyen 6.

I utformingen i figur 3 er fortøyningstrossen 8 forbundet med en dreieskive 31 på toppen av del 12. Bevegelse i skipet 7 blir tatt opp i en U-tilkopling 32 som forårsaker at de øvre seksjonen 12 dreier seg relativt til den stasjonære nedre seksjonen 13.

I utformingen i figur 4 er fortøyningstrossen forbundet med en fortøyningstilkopling 9 som kan rotere over et hylselager 33 rundt en langsgående senterlinje 34 på bøyen 6. Den øvre seksjonen 12 fiksert med hensyn til rotasjon i forhold til den nedre seksjonen 13.

I utformingen i figur 5 omfatter den øvre seksjonen 12 et sentralt rør 36 som det vertikale fluidtransportrøret kan bli ledet gjennom og en åpen ramme 37. Den åpne rammen 37 er relativt upåvirket av bølgebevegelser og gir redusert bølgepåvirkning. Figurene 6-8 viser forskjellige utforminger av den nedre seksjonen 13 av bøyen 6. Figurene 9 og 10 viser en utforming hvor toppen 11 som kan rotere omfatter et relativt stor oppdriftskammer 40. Toppen 11 er forbundet med det sentrale røret 41 på den øvre seksjonen 12 med et vanlig lager 42. Igjen forbinder et dreibart rør 23 den vertikale fluidkanalen 21 med det utenbords røret 24 som forbindes med tankskipet med en flytende slange.

Som det fremgår av figur 10 er fortøyningstilkoplingen 9 plassert på en arm 43 på toppen 11 som kan rotere og skape et rotasjonsmoment som værhane for tankskipet 7.

Forankringene 27 er forbundet med bunnen 16 av bøyen med en kjettingholder som har sperrehake 45 for klyss. Som det fremgår av figur 10 er tilkoplingen 17 forbundet med kjettingholderen 44 hvor det horisontale transportrøret er forbundet med den vertikale fluidkanalen 21 over en pluggkjøringssløyfe 45. Nær den nedre enden av den nedre seksjonen 13 foreligger støtter 47 for trekkmaskinen for å forbinde fluidoverføringsledningen 15 med koplingen 17 for den endelige ledningstilkoplingen. Figur 12 viser en utforming hvor det vertikale fluidrøret langs den nedre seksjonen av bøyen 13 kommer opp utvendig. Den øvre seksjonen 12 omfatter et sentralt rør 41 som er forsynt med en dreibar hylse 50 og nær den nedre seksjonen 13 forbundet med glidelagre 16. De aksiale lagrene 42 kan foreligge i posisjonen til den utvidede delen av toppen 11. Fortøyningstrossen 8 er festet til tilkoplingen 9 på toppdelen 11. Forankringene 27, 28 omfatter de øvre segmentene 51, 52 forbundet med en krave 53 på den øvre seksjonen 12 av bøyen 6. De nedre segmentene 54, 55 av forankringene 27, 28 er forbundet med kjettingfestet 54 nær bunnen 16 av bøyen 6. Det aksiale lageret 42 er lett tilgjengelig for ettersyn eller reparasjon over vannflaten, mens friksjonsskivelageret 16, anordnet under vannflaten vil ta opp de horisontale kreftene på bøyen og kan bli skiftet eller om nødvendig reparert på en enklere måte enn det aksiale lageret 42, da operasjonen kan bli foretatt under vannoverflaten. Alternativt kan aksialt lager bli plassert i en posisjon ved kjettingfestet 44. Figur 13 viser en utforming av bøyen med en nedre seksjon 13 med en diameter på omkring 9 m og en øvre seksjon 12 med en diameter på omkring 4,5 m. Den nedre seksjonen 13 omfatter ballastrom 56, mens et fendersystem for å forebygge støt fra skipet mot toppen 11 foreligger på den øvre seksjonen. Den øvre seksjonen 12 er forbundet dreibar med den nedre seksjonen 13 med aksialt/radialt lager 57.

I utformingen i figur 14 har bøyen en og samme diameter og omfatter en øvre seksjon med en dreibar topp eller dreieskive 11 med fortøyningstilkoplingen 9. I den nedre enden av bøyen foreligger det en ballasttank 62. Et kjettingfeste 4 stikker frem et stykke fra bunnen 16 på bøyen. Tilkoplingen 17 for det horisontale transportrøret 15 er festet til den nedre seksjonen av bøyen, for eksempel ikke lenger fra bunnen 16 enn 1/3 av den totale lengden av bøyen.

I utformingen i figur 15 går den vertikale fluidtransportkanalen 21 i en åpen ramme 70 som forbinder den øvre seksjonen 12 og den nedre seksjonen 13. Den øvre seksjonen har økt reserveoppdrift.

Claims (18)

1. Fortøyningsbøye (6) som omfatter en nedsenket del (12, 13) og en del (11) som rager opp over vannflaten,karakterisert vedat delen over vannflaten omfatter et fluid-utløpsrør (24) til å feste til et fartøy (7), bøyen er ankret til havbunnen med solide stramme forankringer (27, 28), et fluidtransportrør (15) som ligger i alt vesentlig horisontalt festet til en tilkopling (17) fleksibel på bøyen (6), bøyen har en i det vesentlige vertikal fluidkanal (21) mellom tilkoplingen (17) og utløpsrøret (24) og en fortøy-ningstilkopling (9) for feste til en fortøyningsline (8) fra fartøyet (7), hvor lengden (L) av bøyen er mellom 20 m og 70 m og forholdet mellom diameteren (D) av en nedre seksjon (13) av bøyen og lengden (L) er under 0,3, fortrinnsvis under 0,2, ingen hydro-karbontransportrør strekker seg fra havbunnen til bøyen (6).

2. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 1,karakterisert vedat tilkoplingen (17) er anordnet på eller nær den nedre seksjonen (13), fortrinnsvis på eller nær bunnen (16) av bøyen (6).

3. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat forankringene er anordnet på eller nær den nedre seksjonen (13) av bøyen, fortrinnsvis på eller nær bunnen (16) av bøyen (6).

4. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat den nedre seksjonen (13) stikker opp til en viss avstand under havoverflaten, en øvre seksjon (12) som stikker opp fra ned nedre seksjonen (13) til over havoverflaten, den øvre seksjonen (12) har en diameter som er mindre enn diameteren av den nedre seksjonen.

5. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 4,karakterisert vedat den øvre seksjonen (12) er forbundet med den nedre seksjonen over et lager (30, 57, 60).

6. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 4,karakterisert vedat den øvre seksjonen (12) er forbundet med den nedre seksjonen (13) med en hengslet forbindelse 32).

7. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat den delen av bøyen som er over vannflaten har et dreibart hode (11) med en dreibar tapp (23) mellom utløpsrøret (24) som er plassert på det dreibare hodet (11) og den i det vesentlige vertikale fluidkanalen (21).

8. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 7,karakterisert vedat det dreibare hodet har større diameter enn diameteren av den øvre seksjonen (12) og har et oppdriftsrom (40).

9. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 7-8,karakterisert vedat det dreibare hodet er plassert på en aksel (41) som stikker opp fra den nedre seksjonen (13) til over vannflaten, det dreibare hodet (11) er forbundet med akselen (41) over et aksielt lager (42) over vannflaten og over et glidelager (60) på eller nær den nedre seksjonen (13).

10. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat fortøy-ningstilkoplingen (9) er plassert på eller nær den nedre delen av den øvre seksjonen (12).

11. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 10,karakterisert vedat fortøyningstilkoplingen (9) omfatter et lager (33) som kan dreie seg om en langsgående akse (34) av bøyen.

12. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat fortøy-ningstilkoplingen (9) omfatter to tilkoplingsdeler anordnet perifert med avstand til hverandre.

13. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat det i alt vesenlig horisontalt orienterte fluidtransportrøret (15) har en fleksibel tilkopling på eller nær tilkoplingen.

14. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat det i alt vesenlig horisontalt orienterte transportrøret (15) er et stålrør.

15. Fortøyningsbøye (6) ifølge krav 13,karakterisert vedat stålrøret stikker frem langs den kurvede banen, med U-formet, W-formet utforming.

16. Fortøyningsbøye (6) ifølge foregående krav,karakterisert vedat tilkoplingen (17) er plassert på eller nær tilkoplingspunktet for forankringene (27, 28) på den nedre seksjonen (13).

17. Fortøyningsbøye ifølge foregående krav,karakterisert vedat bøyen omfatter bal lastmidler på den nedre seksjonen.

18. Fortøyningsbøye ifølge krav 17,karakterisert vedat ballastmidlene er formet som ballastrom.