NO332006B1 - Fremgangsmate og system ved kobling av en flytende enhet til en boye - Google Patents

Abstract

Et koblingssystem og en fremgangsmåte for kobling av en flytende enhet til og fra en bøye som er forbundet med en undersjøisk installasjon, hvor bøyen omfatter en første koblingsanordning for kobling av rør og/eller linjer for overføring av fluid, styringssignaler og/eller elektrisk kraft mellom bøyen og den flytende enheten. Koblingssystemet omfatter videre en støttestruktur som er sideveis forskyvbar i forhold til den flytende enheten; en svivelstakkanordning bevegbart anordnet til støttestrukturen. Svivelstakkanordningen omfatter en andre koblingsanordning for tilkobling til den første koblingsanordningen hos bøyen; avstengningsanordninger for åpning og stengning av i det minste ett av rørene og/eller linjene hos den første og andre koblingsanordningen ved til- og frakobling av bøyen; og et turretlager fior dreining av bøyen i forhold til den flytende enheten.

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelsen angår fremgangsmåte og et system for kobling av en flytende enhet til en bøye hos et undervannssystem.

KJENT TEKNIKK

I forbindelse med offshore olje- og gassproduksjon er det kjent å anvende et fartøy med (og uten) dynamisk posisjonering (DP). Eksempelvis er brønner lokalisert på havbunnen, og rørforbindelser for olje og/eller gass, navlestrengsrør, styringskabler, kraftforsyningskabler etc fører fra brønnene og opp til en bøye. Alternativt kan fartøy anvendes til å overføre olje, gass og andre medier som naturlig fraktes og lagres i skip - fra skip til skip, fra land til skip eller fra skip til land. Bøyen omfatter oppdriftselementer som gjør at den kan flyte i en ønsket avstand (eksempelvis 40 - 70 m) under havoverflaten, og bøyen er videre tilpasset til å bli trukket inn i og festet til fartøyet.

Tilkoblingen mellom bøyen og fartøyet kan skje ved at en ROV fra fartøyet manøvreres til bøyen og fester en wire til denne, deretter trekkes wiren med bøyen opp mot og inn i et koblingssystem i fartøyet, eksempelvis i et dedikert turret/svivelrom internt i fartøyet, i en ekstern turret-løsning, i en moonpool eller mot et svivel/turretsystem på siden av skipet. For å lokalisere bøyen er denne gjerne utstyrt med en lokaliseringstransponder. Alternativt kan bøyen trekkes inn mot skipet ved hjelp av en overflatebøye som er forbundet med undervannsbøyen.

Fartøyet kan således være et produksjonsfartøy, et lagringsfartøy og/eller et offloadingsfartøy for olje- og/eller gass, alternativt LNG, eller andre typer flytende enheter, slik som flytende plattformer etc.

Ved dynamisk posisjonering er fartøyet vanligvis ikke forankret til havbunnen, eventuelt er forankringen svært lett, noe som i begge tilfeller medfører at fartøyet må bruke sine motorer for å holde rett posisjon. Fartøyet omfatter fremdriftsenheter i form av propeller og thrustere koblet til et navigasjonssystem og sørger for å holde fartøyet på plass ved bøyen innenfor gitte grenser også ved vind- og bølgepåvirkning. Imidlertid vil dårlig vær kunne føre til at fartøyet ikke klarer å holde posisjonen, og av sikkerhetsårsaker vil det da skje en kontrollert nedstenging av overføringslederne og deretter en frakobling av fartøyet fra bøyen, slik at fartøyet kan bevege seg fritt uavhengig av utstyret under havoverflaten. I gitte tilfeller kan også bøyen også være utstyrt med forankrings anordninger til havbunnen.

Det stilles en rekke krav til denne koblingen mellom bøyen og fartøyet. For det første må fartøyet kunne rotere rundt bøyen, mens bøyen må opprettholde sin opprinnelige orientering i forhold til brønnene på havbunnen for å unngå at rør- og kabelforbindelsene mellom installasjon og bøyen skades.

Videre er det viktig at tilkobling og særlig frakobling kan skje hurtig og kontrollert ved plutselige værendringer. Det er også viktig at aktuelle ventiler og rør i koblingssystemet og i bøyen tømmes for hydrokarbonforbindelser før frakobling, slik at forurensing til sjø hindres.

Publikasjonen WO 99/30963 viser en fremgangsmåte for kobling av en forankringsline til et festepunkt hos en nedsenket ankerbøye for et flytende fartøy. Fartøyet kan koble seg til bøyen.

Publikasjonen WO 2004/094222 viser et fortøyningssystem med en turret for et fartøy, hvor fartøyet har en såkalt moonpool, en bøye og et anker for forankning av bøyen til havbunnen. Et lager kobler turreten til fartøyet.

Publikasjonen WO 99/49177 viser en roterende konnektor for overføring av minst et prosessfluid. Systemet omfatter e en sentral stamme hvorpå det er plassert en rekke ringelementer omfattende et ringelement for fluidoverføring mellom en kurs i stammen og et utløp hos konnektoren.

Et annet formål ved oppfinnelsen er at koblingssystemet kan anvendes med flest mulig typer fartøy og dermed også at koblingssystemet er fleksibelt i forhold til hvor på fartøyet det monteres. Det er også et formål at fartøy må bygges minst mulig om for å kunne anvende koblingssystemet.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelsen angår et koblingssystem for kobling av en dynamisk posisjonert flytende enhet til og fra en bøye som er forbundet med en undersjøisk installasjon, hvor bøyen omfatter en første koblingsanordning for kobling av rør og/eller linjer for overføring av fluid, styringssignaler og/eller elektrisk kraft mellom bøyen og den dynamisk posisjonerte flytende enheten;

hvor koblingssystemet videre omfatter:

- en støttestruktur som er sideveis forskyvbar i forhold til den dynamisk posisjonerte flytende enheten; - en svivelstakkanordning bevegbart anordnet til støttestrukturen;

karakterisert vedat svivelstakkanordningen omfatter:

- en andre koblingsanordning anordnet for tilkobling til den første koblingsanordningen hos bøyen; - avstengningsanordninger anordnet for åpning og stengning av i det minste ett av rørene og/eller linjene hos den første og andre koblingsanordningen ved til-og frakobling av bøyen; og - et turretlager anordnet for styrt dreining av bøyen i forhold til den dynamisk posisjonerte flytende enheten, hvor posisjoneringsdata fra et dynamisk posisjoneringssystem hos den dynamisk posisjonerte flytende enheten anvendes for å opprettholde den rotasjonsmessige posisjonen til bøyen i forhold til den undersjøiske installasjonen.

Den foreliggende oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for kobling av en flytende enhet til en bøye som er forbundet med en undersjøisk installasjon, for kobling av rør og/eller linjer for overføring av fluid, styringssignaler og/eller elektrisk kraft mellom bøyen og den flytende enheten,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende trinn: inntrekking av bøyen i en åpning i den flytende enheten;

midlertidig låsing av bøyen til fartøyet;

forskyvning sideveis av en støttestruktur med en svivelstakkanordning slik at den anbringes sentralt over bøyen;

sammenkobling av en andre koblingsanordning hos svivelstakkanordningen med en første koblingsanordning hos bøyen;

frakobling av det midlertidige låsearrangementet;

åpning av avstengningsanordninger hos bøyen og svivelstakkanordningen, for å starte overføringen mellom bøyen og den flytende enheten.

Ved frakobling av bøyen fra den flytende enheten omfatter fremgangsmåten videre følgende trinn: stenging av avstengningsanordninger hos bøyen og svivelstakkanordningen; drenering av rørene mellom avstengningsanordningene ved hjelp av et dreneringssystem;

tilkobling av det midlertidige låsearrangementet;

frakobling av den første og den andre låseanordningen fra hverandre;

frakobling av det midlertidige låsearrangementet for derigjennom å frikoble bøyen fra den flytende enheten.

Ytterligere foretrukne utførelseseksempler fremgår av de uselvstendige patentkravene.

DETALJERT BESKRIVELSE

En foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedlagte tegningene: Fig. la-e viser de ulike trinnene i sammenkoblingen av bøyen til fartøyet; Fig. lf viser en forstørrelse av deler av fig. le; Fig. 2 viser et seksjonert perspektivriss av bøyen, svivelstakkanordningen og deler av fartøyet; Fig. 3a og 3b viser en hurtig frakobling av bøyen fra fartøyet; Fig. 4 illustrerer dreneringssystemet for fjerning av fluid fra koblingsanordningen før frakobling; Fig. 5 viser et perspektivriss av svivelstakkanordninganordningen, hvor turretlageret kan sees; og

Fig. 6 viser detaljer ved turretlageret.

Det henvises til fig. 1 som viser en bøye 1 i ferd med å bli inntrukket i et turret/svivelrom 2 hos et fartøy 3. Fartøyet 3 er fortrinnsvis av typen nevnt innledningsvis, og har fremdriftsenheter i form av propeller og thrustere koblet til et navigasjonssystem som sørger for å holde fartøyet på plass ved bøyen innenfor gitte grenser. Fartøyet vil fortrinnsvis dreie med vind- og bølgeretning for å lette navigeringen.

Bøyen må opprettholde sin orientering i forhold til havbunnen for at ikke bøyen eller rørforbindelser og kabler tilkoblet denne blir skadet. Koblingssystemet i samsvar med oppfinnelsen omfatter en derfor et turretlager 70 (fig. 5 og 6) integrert i en svivelstakkanordninganordning 60. Turretlageret 70 er fortrinnsvis hydraulisk drevet og sørger for styrt orientering av bøyen i forhold til fartøyet.

En svivelstakkanordning 60 og dennes funksjon er nærmere beskrevet i Norsk

Patent 306416. Denne publikasjonen innlemmes herved ved referanse i sin helhet.

Koblingssystemet i samsvar med oppfinnelsen er fortrinnsvis koblet sammen med fartøyets navigasjonssystem og tilveiebringer styring av bøyen og fartøyet i forhold til hverandre og i forhold til havbunnen. Det skal likevel bemerkes at fartøyet ikke er nødt til å ha et dynamisk posisjoneringssystem for at den foreliggende oppfinnelsen skal kunne fungere.

Det henvises nå til fig. la. Bøyen 1 omfatter en eller flere rørforbindelser 10 for olje, gass eller andre fluid fra en undersjøisk installasjon samt eksempelvis navlestrenger, kontrollkabler og kraftforsyningskabler (ikke vist i fig. la-c). Hver rørforbindelse har en aktuatorstyrt isolasjonsventil integrert som en del av bøyen. Bøyen kan videre omfatte forankringswirer 12 for feste av bøyen til havbunnen. Bøyen omfatter oppdriftselementer som holder bøyen flytende i en avstand på ca 40

- 70 m under havoverflaten.

Sentralt i øvre del av bøyen 1 er det anbrakt en første koblingsanordning 14, i det foretrukne utførelseseksemplet er dette en flerløps koblingsforbindelse tilpasset for tilkobling av rør og eventuelt også kabler til en andre koblingsanordning hos fartøyet, noe som vil bli beskrevet i detalj nedenfor.

Videre omfatter bøyen et beskyttende deksel 16 med et løfteøye 18, tilpasset for at en ROV skal kunne feste en inntrekkingswire 20 fra fartøyet til løfteøyet 18. Bøyen omfatter også et lokaliseringsmiddel (ikke vist), eksempelvis en akustisk transponder, for lokalisering av bøyen og for orientering av bøyen i forhold til installasjonen på havbunnen. I en alternativ løsning er bøyen koblet til en overflatebøye, fartøyet anvender denne til lokalisering og opptrekking av bøyen 1.

Turret/svivelrommet 2 er i dette utførelseseksemplet anbrakt som et eget rom internt i fartøyet (indikert med tallet 3). I gulvet 50 i dette rommet 2 er det anbrakt et midlertidig låsearrangement 52 med en åpning 54 for bøyen 1. Det kan sees av figurene at åpningen 54 og låsearrangementet 52 er tilpasset utformingen av bøyen 1.

Over åpningen 54 er det montert en svivelstakkanordning 60 festet til fartøyet ved hjelp av en støttestruktur 80. Svivelstakkanordningen 60 omfatter nederst en andre koblingsanordning 62, tilpasset til å bli koblet til den første koblingsanordningen 14. Også den andre koblingsanordningen 62 er en flerløps koblingsforbindelse, og den tilveiebringer både låsing av svivelstakkanordningen 60 til bøyen 1, samtidig som den tillatter fluidoverføring mellom bøyen 1 og fartøyet via svivelstakkanordningen 60.

Koblingsanordningene 14, 62 omfatter typisk to rørforbindelser med diameter på 5 - 6 " samt elektriske og hydrauliske styringskabler. Det er foretrukket at koblingsanordningene er i stand til å frakobles hverandre med en viss strekkspenning og med relativt stort vinkelavvik, noe som kan være nødvendig for at frakobling skal kunne skje raskt ved dårlige værforhold.

Svivelstakkanordningen 60 omfatter videre aktuatorstyrte isolasjonsventiler i hver rørforbindelse. På denne måten kan rørforbindelsene stenges både ved hjelp av isolasjonsventilene i bøyen og ved isolasjonsventilene i svivelstakkanordningen, noe som er nødvendig ved frakobling av bøyen. Isolasjonsventilene er nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til fig 4.

Rørforbindelsene i svivelstakkanordningen 60 fører videre til prosesseringsanlegg, lagertanker eller liknende i fartøyet ved hjelp av andre rørforbindelser 66, slik det fremgår av fig. le.

Svivelstakkanordningen 60 omfatter som nevnt ovenfor et turretlager 70, som tilveiebringer styrt rotasjon av den andre koblingsanordningen 62 og derigjennom rotasjon av bøyen 1. Turretlageret 70 er fortrinnsvis drevet av hydrauliske motorer (se fig. 5 og 6).

Støttestrukturen 80 støtter svivelstakkanordningen 60 i forhold til fartøyet. Støttestrukturen omfatter et flertall løpehjul 82 som tillater at støttestrukturen 80 med svivelstakkanordningen 60 er sideveis forskyvbar langs skinner i rommet 2. Dette medfører at svivelstakkanordningen 60 kan skyves vekk fra bøyen ved behov for utføring av arbeidsoperasjoner på denne. Støttestrukturen 80 kan selvfølgelig låses fast til fartøyet når ønskede posisjoner er oppnådd, slik at ikke uønsket forskyvning inntreffer.

Støttestrukturen 80 omfatter også en løfteanordning for heving og senking av svivelstakkanordningen i forhold til bøyen 1. Dette fremgår av beskrivelsen nedenfor.

Når bøyen er festet til svivelstakkanordningen 60, overfører støttestrukturen 80 turretlageret 70 og den andre koblingsanordningen 62 momentkrefter fra bøyen til fartøyet.

Koblingssystemet omfatter fortrinnsvis et dreneringssystem for fjerning av fluid i systemet før frakobling av bøyen. Dette er en operasjon som skjer etter at isolasjonsventilene i henholdsvis svivelstakkanordningen og bøyen er stengt. Dreneringssystemet 90 er illustrert i fig. 4. Her sees den hydrauliske isolasjonsventilen 91 hos svivelstakkanordningen og den hydrauliske isolasjonsventilen 92 hos bøyen, som hver stenger av fluidforbindelsen mellom bøyen og fartøyet. Henvisningstallet 93 benevner en nitrogentank forbundet med fluidforbindelsen, for innsprøying av nitrogen inn i fluidforbindelsen gjennom en innsprøytningskanal. Innsprøytningsventilen er styrbar ved hjelp av en ventil.

Henvisningstallet 94 benevner en spillakkumulator forbundet med fluidforbindelsen, for oppsamling av fluid og nitrogen som presses ut fra fluidforbindelsen gjennom en uttømmingskanal på grunn av nitrogeninnsprøytningen. Kanalen mellom fluidforbindelsen og akkumulatoren kan stenges ved hjelp av en ventil.

Anvendelsen av koblingssystemet i samsvar med oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet. Som nevnt ovenfor anvendes en ROV for å feste en inntrekkingswire 20 til løfteøyet 18. En vinsj trekker inntrekkingswiren 20 og bøyen styres inn i turret/svivelrommet 2 (se fig. la) via åpningen 52.

Det midlertidige låsearrangementet 54 låser bøyen til fartøyet slik at inntrekkingswiren 20 kan fjernes. Deretter fjernes dekselet 16 med løfteøyet 18 (se fig. lb)

Støttestrukturen 80 med svivelstakkanordningen 60 skyves så sideveis slik at den første og andre koblingsanordningen hos henholdsvis bøyen og svivelstakkanordningen er sentralt ovenfor hverandre (se fig. lc). Den andre koblingsanordningen hos svivelstakkanordningen dreies også, ved hjelp av turretlageret 70, slik at den får riktig orientering i forhold til den første koblingsanordningen 14 hos bøyen.

Etter at riktig orientering er oppnådd, og alt ellers er klargjort for tilkobling, så senkes svivelstakkanordningen 60 ned mot bøyen. Den første koblingsanordningen 14 hos bøyen blir koblet til den andre koblingsanordningen 62 hos svivelstakkanordningen og forbindelsen blir trykktestet. Deretter vil styringskabler, kraftforsyningskabler og hydraulikkforbindelser bli tilkoblet mellom bøyen og svivelstakkanordningen (se fig. ld-f)

Det skal bemerkes at det også kan tilkobles rørforbindelser 68 på utsiden av koblingsanordningene 14, 62, slik det fremgår av fig. lf. Disse rørforbindelsene kan enten ha sine egne hydrauliske koblingsanordninger, eller at de har en enklere utforming.

Det midlertidige låsearrangementet blir nå frikoblet slik at bøyen er opphengt i svivelstakkanordningen via koblingsanordningene 14, 62.

Koblingssystemet i samsvar med oppfinnelsen er nå klar for anvendelse, og ventilene kan åpnes for overføring av fluid, eventuelle kontrollsignaler og elektrisk kraft eller liknende.

Før frakobling skjer, vil rørforbindelsene alltid bli tømt for fluid ved hjelp av dreneringssystemet 90, som beskrevet ovenfor.

Ved en normal frakobling av bøyen fra koblingssystemet vil trinnene ovenfor vanligvis utføres i motsatt rekkefølge.

Ved en hurtigfrakobling vil dekselet 16 med løfteøyet 18 ikke bli montert på bøyen før den frakobles. Bøyen vil istedenfor bli sluppet ned i sjøen etter at alle alt utstyr er koblet fra, og dekselet vil bli montert under vann ved hjelp av en ROV.

Det skal bemerkes at krefter og momenter hos den foreliggende oppfinnelsen overføres gjennom koblingsanordningene via turretlageret hos svivelstakkanordningen til fartøyet.

Hos tidligere kjent teknikk er turretlageret integrert som en del åpningen 54 hos fartøyet, noe som krever en større endring av fartøyet enn hos foreliggende oppfinnelse, hvor turretlageret er integrert i selve svivelstakkanordningen. Den foreliggende oppfinnelsen oppnår dermed større fleksibilitet i forhold til hvilke fartøyer eller andre flytende enheter den kan monteres på, og monteringen blir også rimeligere.

Claims (10)

1. Koblingssystem for kobling av en dynamisk posisjonert flytende enhet til og fra en bøye som er forbundet med en undersjøisk installasjon, hvor bøyen omfatter en første koblingsanordning for kobling av rør og/eller linjer for overføring av fluid, styringssignaler og/eller elektrisk kraft mellom bøyen og den dynamisk posisjonerte flytende enheten; hvor koblingssystemet videre omfatter: - en støttestruktur som er sideveis forskyvbar i forhold til den dynamisk posisjonerte flytende enheten; - en svivelstakkanordning bevegbart anordnet til støttestrukturen; karakterisert vedat svivelstakkanordningen omfatter: - en andre koblingsanordning anordnet for tilkobling til den første koblingsanordningen hos bøyen; - avstengningsanordninger anordnet for åpning og stengning av i det minste ett av rørene og/eller linjene hos den første og andre koblingsanordningen ved til-og frakobling av bøyen; og - et turretlager anordnet for styrt dreining av bøyen i forhold til den dynamisk posisjonerte flytende enheten, hvor posisjoneringsdata fra et dynamisk posisjoneringssystem hos den dynamisk posisjonerte flytende enheten anvendes for å opprettholde den rotasjonsmessige posisjonen til bøyen i forhold til den undersjøiske installasjonen.

2. Koblingssystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert vedat det videre omfatter et dreneringssystem for bortføring av fluid i koblingssystemet før frakobling av bøyen.

3. Koblingssystem i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert vedat det videre omfatter et midlertidig låsearrangement (52) for midlertidig låsing av bøyen til en mottaksåpning (54) i den dynamisk posisjonerte flytende enheten.

4. Koblingssystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert vedat rørene er rør for olje og/eller gass eller andre fluid som skal overføres fra en dynamisk posisjonert flytende enhet til land, fra land til en dynamisk posisjonert flytende enhet eller mellom dynamisk posisjonerte flytende enheter.

5. Koblingssystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert vedat linjene er signallinjer for overføring av elektriske eller andre typer signaler, kraftoverføringslinjer for overføring av elektrisk, hydraulisk/kjemisk eller annen type kraft, eller liknende.

6. Koblingssystem i samsvar med ett av patentkravene ovenfor,karakterisert vedat svivelstakkanordningen er hev- og senkbar i forhold til støttestrukturen.

7. Koblingssystem i samsvar med ett av patentkravene ovenfor,karakterisert vedat den første og andre koblingsanordningen er en flerløps koblingsforbindelse.

8. Koblingssystem i samsvar med ett av patentkravene ovenfor,karakterisert vedat det omfatter en vinsj med en wire tilpasset for festing til et løfteøye hos et beskyttende deksel på bøyen, for inntrekking av bøyen til den dynamisk posisjonerte flytende enheten.

9. Fremgangsmåte for kobling av en dynamisk posisjonert flytende enhet til en bøye som er forbundet med en undersjøisk installasjon, for kobling av rør og/eller linjer for overføring av fluid, styringssignaler og/eller elektrisk kraft mellom bøyen og den dynamisk posisjonerte flytende enheten, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende trinn: inntrekking av bøyen i en åpning i den dynamisk posisjonerte flytende enheten; midlertidig låsing av bøyen til fartøyet; forskyvning sideveis av en støttestruktur med en svivelstakkanordning slik at den anbringes sentralt over bøyen; sammenkobling av en andre koblingsanordning hos svivelstakkanordningen med en første koblingsanordning hos bøyen; frakobling av det midlertidige låsearrangementet; åpning av avstengningsanordninger hos bøyen og svivelstakkanordningen, for å starte overføringen mellom bøyen og den dynamisk posisjonerte flytende enheten; styring av dreiningen bøyen i forhold til den dynamisk posisjonerte flytende enheten ved hjelp av et turretlager hos svivelstakkanordningen.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 9, karakterisert vedfrakobling av bøyen fra den dynamisk posisjonerte flytende enheten utføres ved følgende trinn: stenging av avstengningsanordninger hos bøyen og svivelstakkanordningen; drenering av rørene mellom avstengningsanordningene ved hjelp av et dreneringssystem; tilkobling av det midlertidige låsearrangementet; frakobling av den første og den andre låseanordningen fra hverandre; frakobling av det midlertidige låsearrangementet for derigjennom å frikoble bøyen fra den dynamisk posisjonerte flytende enheten.