NO332013B1

NO332013B1 - Surface buoy, as well as method of installation binding and stabilization thereof

Info

Publication number: NO332013B1
Application number: NO20054295A
Authority: NO
Inventors: Jose Carlos Lima De Almeida; Ricardo Framciss; Carlos Eduardo Costa Valle Longo
Original assignee: Petroleo Brasileiro Sa
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2012-05-21
Also published as: NO20054295L; NO20054295D0

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr installert i en mellomregion mellom en flytende produksjonsenhet ved sjøoverflaten og brønnhodet til et oljereservoar på sjøbunnen. Utstyret, kjent som en underoverflatebøye, er konstruert for å understøtte stive og fleksible produksjonsrør benyttet for transport av reservoarfluider fra oljebrønnen og/eller fluider benyttet i støttesystemer for oljereservoaret. Fire sylindriske legemer (1), (2), (3) og (4), sammenkoplet i sine ytterender, danner legemet til underoverflatebøyen. I hver av vertikalitetene til underoverflatebøyen er komponenter til et fortøyings- og dynamisk stabiliseringssystem (13) stivt forbundet. Dette fortøyings- og dynamiske stabiliseringssystemet (13) er konfigurert for å regulere posisjoneringen av underoverflatebøyen, trekket til installasjonskjettinger (15) og forankringstau (21), og dermed fremme en stabilisering av hele sammenstillingen mot storamplituderotasjoner eller vinkelendringer, selv etter at stive rør (10) og fleksible rør (11) er koplet til legemet til underoverflatebøyen. I tillegg er det også fremlagt en fremgangsmåte for å installere underoverflatebøyen.The present invention relates to equipment installed in an intermediate region between a floating production unit at the sea surface and the wellhead of an oil reservoir on the seabed. The equipment, known as a sub-surface buoy, is designed to support rigid and flexible production tubes used for transporting reservoir fluids from the oil well and / or fluids used in oil reservoir support systems. Four cylindrical bodies (1), (2), (3) and (4), interconnected at their outer ends, form the body of the sub-surface buoy. In each of the verticals of the sub-surface buoy, components of a mooring and dynamic stabilization system (13) are rigidly connected. This mooring and dynamic stabilization system (13) is configured to control the positioning of the sub-surface buoy, the tension of installation chains (15) and anchoring rope (21), thus promoting stabilization of the entire assembly against large amplitude rotations or angular changes, even after rigid tubes (10). ) and flexible tubes (11) are connected to the body of the sub-surface buoy. In addition, a method of installing the sub-surface buoy is also provided.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området oljebrønnutstyr benyttet i en mellomregion mellom en flytende produksjonsenhet i sjøoverflaten og et brønnhode til et oljereservoar, eller en brønn, på sjøbunnen. Utstyret er konstruert for å understøtte stive og fleksible produksjonsrør, eller rørledninger, benyttet for transport av reservoarfluider fra oljebrønnen og/eller fluider benyttet i støttesystemer for oljereservoaret. I tillegg er det også fremlagt en fremgang fremgangsmåte for installasjon av utstyret på dets designede operasjonsdybde. The present invention relates to the area of oil well equipment used in an intermediate region between a floating production unit in the sea surface and a wellhead to an oil reservoir, or a well, on the seabed. The equipment is designed to support rigid and flexible production pipes, or pipelines, used for the transport of reservoir fluids from the oil well and/or fluids used in support systems for the oil reservoir. In addition, a progress method for installing the equipment at its designed operating depth is also presented.

Offshoreutvinning av hydrokarboner i dype eller ultradype farvann har alltid represen-tert en teknologisk utfordring for selskaper som er involvert, og representerer en vesentlig begrensning, eller grense, og anvendbar vitenskapelig kunnskap. Denne utfordringen vil, når den overvinnes, bringe oss til forkant av denne teknologien. Offshore extraction of hydrocarbons in deep or ultra-deep waters has always represented a technological challenge for companies involved, and represents a significant limitation, or limit, and applicable scientific knowledge. This challenge, when overcome, will bring us to the forefront of this technology.

Gitt de store dybdene forbundet med dypvannsutvinning og, følgelig, disponeringen til dystre omgivelser, er forbindelsen mellom brønnhodet på sjøbunnen og et strømnings-system for utvinning av oljeproduksjonen en stor teknologisk utfordring. I tillegg bidrar installasjonen og understøttelsen av stigende produksjonsrør, også kjent som "stigerør", i en konfigurasjon kjent som hengende kjeder (suspended katenaries) til den teknolog-iske utformingen. Given the great depths associated with deepwater extraction and, consequently, the disposition to bleak environments, the connection between the wellhead on the seabed and a flow system for extracting the oil production is a major technological challenge. In addition, the installation and support of rising production pipes, also known as "risers", in a configuration known as suspended catenaries, contributes to the technological design.

I miljøene på ultrastore dyp er det blitt kjent at hybridkonsepter, dersom de ikke betraktes som det eneste alternativet grunnet begrenset felterfaring, bør evalueres med stor forsiktighet. Dette behovet for evaluering eksisterer grunnet bruken av fleksible stigerør som en sammenkopling mellom brønnhodet på sjøbunnen og produksjonsenheten. In the ultra-deepwater environments, it has become known that hybrid concepts, if not considered the only option due to limited field experience, should be evaluated with great caution. This need for evaluation exists due to the use of flexible risers as a connection between the wellhead on the seabed and the production unit.

Fleksible stigerør i hengekjedekonfigurasjon, dvs. en direkte kopling mellom brønn-hodet og den flytende produksjonsenheten på dybder som er større enn 1000 meter, gir dynamiske problemer forårsaket av bevegelsen til selve den flytende produksjonsenheten. Flexible risers in suspension chain configuration, i.e. a direct connection between the wellhead and the floating production unit at depths greater than 1000 meters, present dynamic problems caused by the movement of the floating production unit itself.

Disse bevegelsene kan fremprovosere en kompresjonskurvatur og/eller for stor kurvatur på stedet hvor kjedet, dannet av stigerøret, kontakter sjøbunnen eller skaper en tilleggs-belastning på toppen av stigerøret grunnet vinkelbevegelsen og/eller den horisontale forflytningen som kan fremprovosere brudd i forbindelsene i overflaten. I tilfellet at den flytende enheten er et flytende produksjons-, lagrings- og lossingsskip (Floating Production Storage and Offloading (FPSO)), eksisterer de ovennevnte problemer i en mye mer kritisk målestokk. These movements can provoke a compression curvature and/or excessive curvature at the place where the chain, formed by the riser, contacts the seabed or create an additional load on the top of the riser due to the angular movement and/or the horizontal movement which can provoke a break in the connections in the surface. In the event that the floating unit is a Floating Production Storage and Offloading (FPSO) vessel, the above problems exist on a much more critical scale.

En annen type stigerør som blir benyttet er et i det vesentlige stivt stigerør kjent som stålkjedestigerør (Steel Catenary Riser (SCR)). Bruken av SCR, koplet direkte til de flytende produksjonsenheter, har begrensninger med hensyn til sin konfigurasjon når de benyttes i skip konvertert til produksjon (FPSO), fordi skipsbevegelsene fremprovosert av bølger blir mer fremhevet sammenliknet med alt nedsenkede plattformer. Another type of riser that is used is an essentially rigid riser known as Steel Catenary Riser (SCR). The use of SCRs, connected directly to the floating production units, has limitations with regard to their configuration when used in ships converted to production (FPSO), because the ship movements provoked by waves are more accentuated compared to fully submerged platforms.

SCR kan ha ønskede egenskaper forbundet med evnen til å understøtte, langs deres ytterpunkter, høyere strekk sammenliknet med fleksible stigerør. Imidlertid har fleksible stigerør lenger levetid med hensyn til å motstå tretthetsbrudd, selv tatt i betraktning deres samvirke med sjøbølger og strømmer. SCRs may have desirable properties associated with the ability to support, along their extremities, higher strains compared to flexible risers. However, flexible risers have longer life in terms of resisting fatigue failure, even considering their interaction with sea waves and currents.

Det er derfor blitt foreslått å kombinere de to typene stigerør i en sammenstilling for å dra fordel av de beste egenskapene til hver type: nemlig motstanden mot strekk og den bedre økonomiske levedyktigheten tilknyttet SCR'er, og en vesentlig høyere motstand mot tretthetsbrudd forbundet med fleksible stigerør. It has therefore been proposed to combine the two types of risers in an assembly to take advantage of the best properties of each type: namely the resistance to tension and the better economic viability associated with SCRs, and a significantly higher resistance to fatigue fracture associated with flexible riser.

I en sammenstilling ville et mellomsystem være nødvendig, med tilstrekkelig oppdrift til å understøtte vekten av de stive produksjonsrørene, og samtidig oppvise bare små forflytninger som respons på den horisontale belastningen av SCR'er og miljøarbeids-belastningene. In an assembly, an intermediate system would be required, with sufficient buoyancy to support the weight of the rigid production pipes, while exhibiting only small displacements in response to the horizontal loading of SCRs and the environmental work loads.

Systemet, eller sammenstillingen, ville også måtte nedsenkes tilstrekkelig til å beskytte det fra bølgeeffekter i sjøoverflaten, være i stand til å kople SCR'en til det fleksible stigerøret og være relativt enkelt å installere. Med disse nødvendige forutsetningene tillater konseptet med en underoverflatebøye, eller flottør, utviklet naturlig, en vesentlig reduksjon i vekten av produksjonsrørene på den flytende enheten som forbedrer under-vannsarrangementet og således muliggjør bruken av hybridsystemer av stigerør. The system, or assembly, would also need to be sufficiently submerged to protect it from wave effects in the sea surface, be able to connect the SCR to the flexible riser, and be relatively easy to install. With these necessary prerequisites, the concept of a subsurface buoy, or float, developed naturally, allows a significant reduction in the weight of the production pipes of the floating unit which improves the underwater arrangement and thus enables the use of hybrid systems of risers.

Hybridsystemer av stigerør, med base i en underoverflatebøye, er nylig blitt erkjent som et alternativ til begrensningene som finnes i petroleumsproduksjonsaktiviteter på dypt vann til sjøs. Hybrid systems of risers, based in a subsurface buoy, have recently been recognized as an alternative to the limitations found in deepwater offshore petroleum production activities.

Det finnes innen området, og mer spesifikt innen området for innføring og sammenkopling av produksjonsrør, konsepter for mellomunderstøttelsessystemer for å fremme forbindelsen mellom et vertikalt stigerør og fleksible rør eller til og med konsepter for å redusere belastningene på utstyr og rør. There exist in the field, and more specifically in the field of insertion and interconnection of production pipes, concepts for intermediate support systems to promote the connection between a vertical riser and flexible pipes or even concepts to reduce the loads on equipment and pipes.

Eksempler på disse systemene kan finnes i dokumentene BR/PI9202379-A, tilhørende Bechtel Limited, i hvilket et system for å utplassere eller rulle ut kabel benyttet i et mellomliggende flytnivå og de tilknyttede fleksible stigerørene er beskrevet. Examples of these systems can be found in documents BR/PI9202379-A, belonging to Bechtel Limited, in which a system for deploying or rolling out cable used in an intermediate flow level and the associated flexible risers is described.

US patent nr. 4.423.984, overdratt til Mobil Oil Corporation, beskriver en måte å sammenkople de fleksible rørene som stammer fra en overflateenhet og et stivt vertikalt stigerør med en bøye tilkoplet i den øvre ytterenden av det vertikale stigerøret. US Patent No. 4,423,984, assigned to Mobil Oil Corporation, describes a method of connecting the flexible pipes originating from a surface unit and a rigid vertical riser with a bend connected at the upper end of the vertical riser.

US patent nr. 5.007.482, overdratt til British Petroleum Company, beskriver tilsvarende et annet konsept for å utføre koplingen mellom brønnhodet og en flytende enhet som benytter en bøye som en mellomunderstøttelse for de fleksible rørene. US Patent No. 5,007,482, assigned to the British Petroleum Company, similarly describes another concept for making the connection between the wellhead and a floating unit that uses a buoy as an intermediate support for the flexible pipes.

Selv om oppfinnelsene som akkurat er blitt oppsummert kan synes å være levedyktige løsninger kan de bli problematiske ved betraktning av deres økonomiske levedyktighet, installasjonsproblemer og oppførsel når de utsettes for røffe miljøforhold, slik som for eksempel effektene av bølger. Although the inventions just summarized may appear to be viable solutions, they may become problematic when considering their economic viability, installation problems, and behavior when exposed to harsh environmental conditions, such as, for example, the effects of waves.

Av ytterligere kjent teknikk skal også nevnes US 4.321.720 A, hvor det er beskrevet en undervannsbøye for overføring av fluider mellom havbunnsinnstallasjon og et skip, og hvor bøyen er forankret til havbunnen og har et ballasteringssystem for endring av neddykking og et stabiliseringssystem. Of further prior art, US 4,321,720 A should also be mentioned, where an underwater buoy for the transfer of fluids between a seabed installation and a ship is described, and where the buoy is anchored to the seabed and has a ballasting system for changing the immersion and a stabilization system.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr konstruert for å understøtte og sammenkople stive og fleksible rør benyttet i produksjonen og transport av olje fra en under-vannsbrønn og/eller fluider benyttet i støttesystemer for reservoaret. Slikt utstyr er vanligvis kjent som en underoverflatebøye. Et system for å fortøye og dynamisk stabilisere bøyen er også innen omfanget av den foreliggende oppfinnelse. I tillegg fremlegges også en fremgangsmåte for å installere underoverflatebøyen på dens operasjonssted. The present invention relates to equipment designed to support and connect rigid and flexible pipes used in the production and transport of oil from an underwater well and/or fluids used in support systems for the reservoir. Such equipment is commonly known as a subsurface buoy. A system for mooring and dynamically stabilizing the buoy is also within the scope of the present invention. In addition, a method for installing the subsurface buoy at its operative location is also provided.

Underoverflatebøyen, ett av formålene med den foreliggende oppfinnelse, innbefatter fire sammenkoplende sylindriske enheter som danner en enkelt enhet, idet hver av disse sylindriske enhetene har, på sin innside, et antall dreneringsrom for ballastformål. The subsurface buoy, one of the objects of the present invention, includes four interconnecting cylindrical units which form a single unit, each of these cylindrical units having, on its inside, a number of drainage spaces for ballast purposes.

Et slikt flytende legeme likner en firkantet ramme som definerer en helhet derigjennom med et antall faste koplinger for sammenkopling av de stive og fleksible rørene dertil. Et fortøyings- og dynamisk stabilitetssystem, stivt forbundet i hver av vertikalitetene til underoverflatebøyen, er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse. Such a floating body resembles a square frame which defines a whole through it with a number of fixed connections for connecting the rigid and flexible pipes thereto. A mooring and dynamic stability system, rigidly connected in each of the verticalities of the subsurface buoy, is another object of the present invention.

Fortøyings- og det dynamiske stabilitetssystemet er konstruert for å regulere flytposi-sjonen og trekket og trykket i forankringskablene som tilveiebringer stabilisering av hele enheten mot storamplituderotasjon eller endringer i vinkelposisjonen, selv etter at de stive og fleksible rørene er koplet til eller forbundet med det flytende legemet, eller bøyen. Heretter vil kjedede seksjoner dannet av ledd bli betegnet som "kjetting" og stål-eller polyesterkabler vil bli betegnet som "tau". The mooring and dynamic stability system is designed to regulate the float position and the pull and pressure of the mooring cables providing stabilization of the entire unit against large amplitude rotation or changes in angular position, even after the rigid and flexible tubes are coupled or connected to the floating body , or the buoy. Hereafter, chained sections formed by links will be referred to as "chain" and steel or polyester cables will be referred to as "rope".

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for installasjon av underoverflatebøyen på sitt operasjonssted med fluidtransportrørene koplet dertil, og bruk av et system for å fortøye og dynamisk stabilisere underoverflateflottøren. Another object of the present invention is a method for installing the subsurface buoy at its operating location with the fluid transport pipes connected thereto, and using a system to moor and dynamically stabilize the subsurface float.

I henhold til oppfinnelsen er det således tilveiebrakt en underoverflatebøye benyttet ved produksjon og transport av olje fra en undervannsbrønn til en produksjonsenhet ved sjøoverflaten, hvilken underoverflatebøye innbefatter: et første sylindrisk legeme og et andre sylindrisk legeme, langsgående plassert parallelt og separat fra hverandre og med like lengder og diametre, begge med et antall dreneringsrom i et indre derav, According to the invention, there is thus provided a subsurface buoy used in the production and transport of oil from an underwater well to a production unit at the sea surface, which subsurface buoy includes: a first cylindrical body and a second cylindrical body, longitudinally positioned parallel and separately from each other and with equal lengths and diameters, both with a number of drainage spaces in an interior thereof,

et tredje sylindrisk legeme med en diameter som er større enn diameteren til de første og andre sylindriske legemene, koplet tverrgående til en av ytterendene av de langsgående plasserte sylindriske legemene, og med et antall dreneringsrom i det indre derav; a third cylindrical body having a diameter greater than the diameter of the first and second cylindrical bodies, transversely connected to one of the outer ends of the longitudinally located cylindrical bodies, and having a number of drainage spaces in the interior thereof;

et fjerde sylindrisk legeme, med en lengde som er lik lengden av det sylindriske legemet, og en diameter som er lik diameteren til de langsgående plasserte sylindriske legemene, og med et antall dreneringsrom i det indre derav koplet tverrgående til de andre ytterendene av de langsgående plasserte sylindriske legemene; a fourth cylindrical body, with a length equal to the length of the cylindrical body, and a diameter equal to the diameter of the longitudinally located cylindrical bodies, and with a number of drainage spaces in the interior thereof connected transversely to the other extreme ends of the longitudinally located cylindrical bodies cylindrical bodies;

en senkende stabilisator koplet ved sine ytterender til de langsgående plasserte sylindriske legemer parallell med og nær det fjerde sylindriske legemet, konfigurert for å stabilisere posisjoneringen av underoverflatebøyen under senkings- og installasjonsoperasjonene; a lowering stabilizer coupled at its outer ends to the longitudinally located cylindrical bodies parallel to and near the fourth cylindrical body, configured to stabilize the positioning of the subsurface buoy during the lowering and installation operations;

understøttelser koplet til det tredje sylindriske legemet, hvis ytterender har et antall stive rør koplet dertil; supports connected to the third cylindrical body, the outer ends of which have a number of rigid tubes connected thereto;

understøttelser koplet til det fjerde sylindriske legemet, hvis ytterender har et antall fleksible rør koplet der dertil; supports connected to the fourth cylindrical body, the outer ends of which have a number of flexible tubes connected thereto;

mellomrør, koplet til understøttelser, og innrettet med de langs-gående sylindriske legemene, hvilke mellomrør er koplet til de stive rørene og fleksible rør; og intermediate pipes, connected to supports, and aligned with the longitudinal cylindrical bodies, which intermediate pipes are connected to the rigid pipes and flexible pipes; and

et fortøyings- og dynamisk stabiliseringssystem konfigurert for å installere underoverflatebøyen på sin operasjonsdybde, og som er koplet til vertikalitetene (vertices) dannet av foreningen av sylindriske legemer, og et passivt system konfigurert for å installere underoverflatebøyen på dens operasjonsdybde, og et strekkutlikningssystem konfigurert for å bibeholde strekket likt fordelt på forank-rings tauene. a mooring and dynamic stabilization system configured to install the subsurface buoy at its operational depth, and coupled to the vertices formed by the union of cylindrical bodies, and a passive system configured to install the subsurface buoy at its operational depth, and a strain compensation system configured to maintain the tension equally distributed on the anchoring ropes.

I henhold til oppfinnelsen er det videre tilveiebrakt en fremgangsmåte for å installere en underoverflatebøye som angitt ovenfor, innbefattende: å drive forankringsstaker ned i sjøbunnen på forhåndsbestemte installasjonsste-der, å kople forankringstau til drivankerstakene, og å kople koplingsplater til forankringstau; According to the invention, there is further provided a method for installing a subsurface buoy as indicated above, including: driving anchor stakes into the seabed at predetermined installation locations, connecting anchor ropes to the drive anchor stakes, and connecting connection plates to anchor ropes;

å kople koplingsplater til strekkutlikningssystemene; to connect coupling plates to the strain compensation systems;

å mate hver av installasjonskjettingene gjennom hvert av punktene til det passive systemet; feeding each of the installation chains through each of the points of the passive system;

å kople installasjonskjettinger til koplingsplater hos strekkutlikningssystemet; to connect installation chains to connection plates of the strain compensation system;

å kople en tilførselsledning til hver av ventilene på dreneringsrommene anordnet inne i de sylindriske legemene for å tilføre trykkluft dertil; connecting a supply line to each of the valves of the drainage spaces arranged inside the cylindrical bodies to supply compressed air thereto;

å åpne en første ventil og en andre ventil fra dreneringsrommene anordnet inne i de sylindriske legemene for å tillate en strøm av sjøvann deri; opening a first valve and a second valve from the drainage spaces provided inside the cylindrical bodies to allow a flow of seawater therein;

å sakte senke underoverflatebøyen inntil vandringsendeinnretningen kommer i kontakt med kjettingstopperen; slowly lowering the subsurface buoy until the travel end device contacts the chain stopper;

å injisere trykkluft i hvert av dreneringsrommene gjennom hver av de første ventilene, for å drive ut sjøvann derifrå og for å forårsake en skyvkraft mot sjøoverflaten; injecting compressed air into each of the drainage spaces through each of the first valves, to expel seawater therefrom and to cause a thrust toward the sea surface;

å fjerne ballasten inntil aktuatorledd berører de øvre deler av kjettingstopperen, for således å strekke forankringstauene og installere underoverflatebøyen på sin operasjonsdybde; to remove the ballast until the actuator link touches the upper parts of the chain stopper, so as to stretch the anchor ropes and install the subsurface buoy at its operating depth;

å kople fleksible rør til understøttelser anordnet på det sylindriske legemet på baugsiden av underoverflatebøyen; og connecting flexible pipes to supports provided on the cylindrical body on the bow side of the subsurface buoy; and

å kople stive rør til understøttelser anordnet på det sylindriske legemet på aktersiden av underoverflatebøyen. to connect rigid pipes to supports arranged on the cylindrical body on the aft side of the subsurface buoy.

Egenskapene til underoverflatebøyen til fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet, og til fremgangsmåten for installasjon av underoverflatebøyen, alle formål for den foreliggende oppfinnelse, vil bli bedre forstått ut fra den detaljerte beskrivelsen som skal gis senere, som et utelukkende eksempel, sammen med tegningene oppsummert nedenfor, hvilke tegninger er integrerte med den foreliggende søknad og innbefatter: Figur 1 viser skjematisk et toppriss av underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser skjematisk et lengdesnitt av topprisset av underoverflatebøyen i figur 1; Figur 2a viser skjematisk detaljer ved et lengdesnitt av ballast- eller dreneringsrommene i de sylindriske, eller rørformede, legemene som danner underoverflatebøyen i figur 1; Figur 3 viser skjematisk et toppriss av underoverflatebøyen i figur 1 som viser stive rør, fleksible rør, mellomrør og fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet; Figur 4 viser et frontriss av underoverflatebøyen i figur 1, med detaljer av fortøyings-og det dynamiske stabiliseringssystemet for underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 4a viser et passivt system, som er en av de integrerte deler av fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet for underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 4b viser et strekkutlikningssystem, som er en annen integrert del av fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet for underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse; og Figur 5 viser et sideriss av underoverflatebøyen i figur 1 med fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet, de stive rørene og de fleksible rørene tilkoplet. The characteristics of the subsurface buoy of the mooring and dynamic stabilization system, and of the method of installation of the subsurface buoy, all purposes of the present invention, will be better understood from the detailed description to be given later, by way of exclusive example, together with the drawings summarized below , which drawings are integrated with the present application and include: Figure 1 schematically shows a top view of the subsurface bend according to the present invention; Figure 2 schematically shows a longitudinal section of the top outline of the subsurface bend in Figure 1; Figure 2a schematically shows details in a longitudinal section of the ballast or drainage spaces in the cylindrical, or tubular, bodies which form the subsurface bend in Figure 1; Figure 3 schematically shows a top view of the subsurface buoy in Figure 1 showing rigid tubes, flexible tubes, intermediate tubes and the mooring and dynamic stabilization system; Figure 4 shows a front view of the subsurface buoy of Figure 1, detailing the mooring and dynamic stabilization system for the subsurface buoy according to the present invention; Figure 4a shows a passive system, which is one of the integrated parts of the mooring and the dynamic stabilization system for the subsurface buoy according to the present invention; Figure 4b shows a strain compensation system, which is another integral part of the mooring and dynamic stabilization system for the subsurface buoy according to the present invention; and Figure 5 shows a side view of the subsurface buoy in Figure 1 with the mooring and dynamic stabilization system, the rigid tubes and the flexible tubes connected.

Den detaljerte beskrivelse av underoverflatebøyen, fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet, og fremgangsmåten for installasjon av underoverflatebøyen, alle formål for den foreliggende oppfinnelse, vil bli gitt ved bruk av identifiseringen av de respektive komponenter som vist i de ovennevnte tegningsfigurer. The detailed description of the subsurface buoy, the mooring and the dynamic stabilization system, and the method of installation of the subsurface buoy, all purposes of the present invention, will be provided using the identification of the respective components as shown in the above drawings.

Et toppriss som skjematisk viser underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse er vist i figur 1. Underoverflatebøyen innbefatter fire sylindriske legemer, et første sylindrisk legeme 1 og et andre sylindrisk legeme 2, med like lengder og diametre. A top view schematically showing the subsurface bend according to the present invention is shown in Figure 1. The subsurface bend includes four cylindrical bodies, a first cylindrical body 1 and a second cylindrical body 2, with equal lengths and diameters.

De første og andre sylindriske legemer er anordnet langsgående parallelt og separat i forhold til hverandre. For å underlette beskrivelsen vil siden av underoverflatebøyen, hvor det første sylindriske legemet 1 befinner seg, bli betegnet som "styrbord side". The first and second cylindrical bodies are arranged longitudinally parallel and separately in relation to each other. To facilitate the description, the side of the subsurface buoy, where the first cylindrical body 1 is located, will be referred to as "starboard side".

Tilsvarende vil siden hvor det andre sylindriske legemet 2 befinner seg bli betegnet som "babord side". Til en av ytterendene av de langsgående sylindriske legemene 1 og 2 er det tilkoplet et tredje sylindrisk legeme 3, i en tverrgående posisjon, med en større diameter enn de andre to sylindriske legemene. Correspondingly, the side where the second cylindrical body 2 is located will be referred to as the "port side". A third cylindrical body 3, in a transverse position, with a larger diameter than the other two cylindrical bodies is connected to one of the outer ends of the longitudinal cylindrical bodies 1 and 2.

De andre ytterendene av de langsgående sylindriske legemene 1 og 2 er også på tvers tilkoplet et fjerde sylindrisk legeme 4, med en lengde lik lengden til det tredje sylindriske legemet 3, og med en diameter som er lik diameteren til de langsgående sylindriske legemene 1 og 2. The other extreme ends of the longitudinal cylindrical bodies 1 and 2 are also transversely connected to a fourth cylindrical body 4, with a length equal to the length of the third cylindrical body 3, and with a diameter equal to the diameter of the longitudinal cylindrical bodies 1 and 2 .

Siden av underoverflatebøyen hvor det tredje sylindriske legemet 3 befinner seg vil heretter bli betegnet som "aktersiden". Tilsvarende vil siden av underoverflatebøyen hvor det fjerde sylindriske legemet 4 befinner seg bli betegnet som "baug- eller nesesiden". The side of the subsurface bend where the third cylindrical body 3 is located will hereafter be referred to as the "aft side". Correspondingly, the side of the subsurface bend where the fourth cylindrical body 4 is located will be referred to as the "bow or nose side".

Forbindelsen mellom de sylindriske legemene 1,2, 3 og 4 danner legemet til underover-flatebøyen og gir den et firkantet utseende som definerer et hull derigjennom. En senkende stabilisator 5, for eksempel i form av et blad, er i sine ytterpunkter tilkoplet de langsgående sylindriske legemene 1 og 2 parallelt med det fjerde sylindriske legemet 4, og ved siden av baugsiden for å stabilisere posisjoneringen av underoverflatebøyen under senkende operasjon. The connection between the cylindrical bodies 1, 2, 3 and 4 forms the body of the under-surface bend and gives it a square appearance which defines a hole through it. A lowering stabilizer 5, for example in the form of a blade, is connected at its extreme points to the longitudinal cylindrical bodies 1 and 2 parallel to the fourth cylindrical body 4, and next to the bow side to stabilize the positioning of the subsurface buoy during lowering operation.

Figur 2 viser et horisontalt snitt av et toppriss av underoverflatebøyen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor et antall dreneringsrom 6 er vist anordnet inni hvert av de sylindriske legemene 1, 2, 3 og 4. Figur 2a viser skjematisk et langsgående snitt av hvilket som helst av dreneringsrommene 6 vist i figur 2. Figure 2 shows a horizontal section of a top view of the subsurface bend according to the present invention, where a number of drainage spaces 6 are shown arranged inside each of the cylindrical bodies 1, 2, 3 and 4. Figure 2a schematically shows a longitudinal section of which preferably of the drainage spaces 6 shown in Figure 2.

Den første ventil 7 for innføring eller fjerning av trykkluft er koplet til toppen av hvert dreneringsrom 6. Mot bunnen av hvert dreneringsrom 6 er den andre ventil 8 tilkoplet for ballastformål for å tillate sjøvann å gå inn og ut av hvert dreneringsrom 6. The first valve 7 for introducing or removing compressed air is connected to the top of each drainage space 6. Towards the bottom of each drainage space 6, the second valve 8 is connected for ballast purposes to allow seawater to enter and exit each drainage space 6.

Figur 3 viser plasseringen av understøtteler 9a og 9b, innen området kjent som "svane-halser", som tjener til å understøtte de to typene rør benyttet ved transport av olje fra sjøbunnen og til overflaten, nemlig stive rør 10 og fleksible rør 11. Understøttelsene 9a og 9b er festet til de tverrgående sylindriske legemene 3 og 4, respektivt. Figure 3 shows the location of supports 9a and 9b, within the area known as "swan necks", which serve to support the two types of pipes used in transporting oil from the seabed to the surface, namely rigid pipes 10 and flexible pipes 11. The supports 9a and 9b are attached to the transverse cylindrical bodies 3 and 4, respectively.

Til det tredje sylindriske legemet 3 er det installert understøttelser 9a, til hvilke det i en av endene er installert stive rør, eller "SCR'er", som forbinder brønnhodet på sjøbunnen med underoverflatebøyen. Fleksible rør 11, eller "forbindelsesslanger" (Jumpers), er installert på en av ytterendene til understøttelsene 9b festet til det fjerde sylindriske legemet 4, og som kopler underoverflatebøyen til den flytende produksjonsenheten. To the third cylindrical body 3, supports 9a are installed, to which rigid pipes, or "SCRs", are installed at one of the ends, which connect the wellhead on the seabed with the subsurface buoy. Flexible pipes 11, or "connecting hoses" (Jumpers), are installed on one of the outer ends of the supports 9b attached to the fourth cylindrical body 4, and which connect the subsurface buoy to the floating production unit.

Mellomrør 12, som er innrettet med de langsgående sylindriske legemene 1 og 2 og sammenkoplet med de stive rørene 10 og de fleksible rørene 11, er koplet til de andre ytterendene av understøttelsene 9a og 9b. I vertikalitetene (vertices) dannet av foreningen mellom de sylindriske legemene 1, 2, 3 og 4, festepunkter for fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet 13, også benyttet for å installere underoverflatebøyen på dens operasjonsdybde. Intermediate pipe 12, which is aligned with the longitudinal cylindrical bodies 1 and 2 and interconnected with the rigid pipes 10 and the flexible pipes 11, is connected to the other extreme ends of the supports 9a and 9b. In the verticals (vertices) formed by the union between the cylindrical bodies 1, 2, 3 and 4, attachment points for the mooring and the dynamic stabilization system 13, also used to install the subsurface buoy at its operational depth.

Figur 4 viser mer detaljert egenskapene til fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet 13, som innbefatter et passivt system A og et strekk- eller spenningsutliknings-system B. Figure 4 shows in more detail the characteristics of the mooring and the dynamic stabilization system 13, which includes a passive system A and a tension or stress compensation system B.

Det passive systemet A er passivt fordi det ikke benytter noen energikilde (elektrisk, hydraulisk, pneumatisk eller annet) for å operere, og bare tjener til å installere under-overflatebøyen på sitt operasjonssted. Hvert av de passive systemene A er stivt forbundet med vertikalitetene til underoverflatebøyen anordnet i de øvre ytterendene og sidene av de sylindriske legemene 3 eller 4. Detaljene ved de passive systemene A er vist i figur 4a og innbefatter: trinser eller hjul 14 som i en ende er koplet til de øvre ytterendene av de sylindriske legemene 3 eller 4; The passive system A is passive because it does not use any energy source (electrical, hydraulic, pneumatic or otherwise) to operate, and only serves to install the subsurface buoy at its operating location. Each of the passive systems A is rigidly connected to the verticals of the subsurface bend arranged at the upper extreme ends and sides of the cylindrical bodies 3 or 4. The details of the passive systems A are shown in Figure 4a and include: pulleys or wheels 14 which at one end is connected to the upper extremities of the cylindrical bodies 3 or 4;

en installasjonskjerting, eller kabel 15, som passerer over trinsen 14, benyttet som en motvekt under flottørens senkingsoperasjon til sin operasjonsdybde; an installation kerning, or cable 15, passing over pulley 14, used as a counterweight during the float's lowering operation to its operating depth;

en kjettingstopper 16, gjennom hvis innside installasjonskjettingen 15 passerer, stivt koplet til ytterendene av hver av de rørformede, eller sylindriske, legemene 3 og 4, og benyttet for å begrense vandringen til installasjonskjettingen 15 under installasjon av underoverflatebøyen; a chain stopper 16, through the inside of which the installation chain 15 passes, rigidly connected to the outer ends of each of the tubular, or cylindrical, bodies 3 and 4, and used to limit the travel of the installation chain 15 during installation of the subsurface buoy;

et aktuatorledd 17 for kjettingstopperen 15, plassert mellom leddene til installasjonskjettingen 15; an actuator link 17 for the chain stopper 15, located between the links of the installation chain 15;

en vandringsendeinnretning 18, plassert mellom leddene til installasjonskjettingen 15 og anordnet under kjettingstopperen 16, benyttet for å avbryte eller utsette vandringen til installasjonskjettingen 15 under installasjon av underoverflatebøyen; a travel end device 18, located between the links of the installation chain 15 and arranged below the chain stopper 16, used to interrupt or delay the travel of the installation chain 15 during installation of the subsurface buoy;

en koplingsplate 19, forbundet med en av endene av installasjonskjettingen 15, benyttet for å kople det passive systemet A til strekkutliknings systemet B og for forankringstauet 21; og a connection plate 19, connected to one of the ends of the installation chain 15, used to connect the passive system A to the strain compensation system B and for the anchor rope 21; and

en nedre forbindelse 20 som kopler installasjonskjettingen 15 til forankringstauet 21. a lower connection 20 which connects the installation chain 15 to the anchor rope 21.

Strekkutlikningssystemet B blir, etter installasjon av underoverflatebøyen i dens opera-sjonsposisjon, konfigurert for å bibeholde strekket i hvert forankringstau 21 likt delt, kople underoverflatebøyen til sjøbunnen og bibeholde underoverflatebøyen i stabile forhold, det vil si at uønskede variasjoner i helling forårsaket av havstrømmer eller vekten av rørene, eller rørledningene, koplet til underoverflatebøyen forhindres. The strain compensation system B, after installation of the subsurface buoy in its operating position, is configured to maintain the tension in each anchor rope 21 equally divided, connect the subsurface buoy to the seabed and maintain the subsurface buoy in stable conditions, that is, unwanted variations in inclination caused by ocean currents or the weight of the pipes, or pipelines, connected to the subsurface bend is prevented.

Detaljene ved strekkutlikningssystemet B er vist i figur 4b, og innbefatter: hovedbasistrinser 22 koplet til nedre ytterender av de sylindriske legemene 3 og 4, en hovedbasis trinse 22 koplet til en ytterende av det sylindriske legemet 3 og en annen til en diagonalt motsatt ytterende av det sylindriske legemet 4; The details of the strain compensation system B are shown in figure 4b, and include: main base pulleys 22 connected to the lower outer ends of the cylindrical bodies 3 and 4, one main base pulley 22 connected to one outer end of the cylindrical body 3 and another to a diagonally opposite outer end of it cylindrical body 4;

bibasistrinser 23 koplet til de andre nedre ytterendene av de sylindriske legemene 3 og 4, idet en bibasistrinse 23 er koplet til en ytterende av det sylindriske legemet 3 og en annen til en diagonalt motsatt ytterende av det sylindriske legemet 4; bibasistrinse 23 connected to the other lower extreme ends of the cylindrical bodies 3 and 4, one bibasistrinse 23 being connected to one extreme end of the cylindrical body 3 and another to a diagonally opposite extreme end of the cylindrical body 4;

en første understøttelseskomponent 24, som passerer over hovedbasistrinsene 22, og som med sine ytterender er koplet til de diagonalt motsatte koplingsplatene 19 på forankringstauene 21; og a first support component 24, which passes over the main base pulleys 22, and which is connected with its outer ends to the diagonally opposite connecting plates 19 of the anchor ropes 21; and

en andre understøttelseskomponent 25, som passerer over bibasistrinsene 23, og som ved sine ytterender er koplet til de diagonalt motsatte koplingsplatene 19 på forankringstauene 21. a second support component 25, which passes over the bibastrins 23, and which is connected at its outer ends to the diagonally opposite connecting plates 19 on the anchoring ropes 21.

Figur 5 viser et sideriss av en komplett sammenstilling av underoverflatebøyen med fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet 13 koplet til forankringstauene 21 og til de stive rørene 10 og de fleksible rørene 11, passende koplet til understøttelser 9a og 9b. Figure 5 shows a side view of a complete assembly of the subsurface buoy with the mooring and dynamic stabilization system 13 connected to the anchor ropes 21 and to the rigid pipes 10 and the flexible pipes 11, suitably connected to supports 9a and 9b.

Omfanget av den foreliggende oppfinnelse innbefatter også fremgangsmåte for installasjon av underoverflatebøyen. Slike fremgangsmåter vil nå bli beskrevet for å tilveie-bringe en bedre forståelse av funksjonen til hver av komponentene i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fremgangsmåten for installasjon av underoverflatebøyen innbefatter: å drive forankringsstaker (ikke vist) ned i sjøbunnen på forhåndsbestemte instal-lasjonssteder, kople forankringstau 21 til drivankerstakene og kople koplingsplater 19 til forankringstauene 21; The scope of the present invention also includes methods for installing the subsurface buoy. Such methods will now be described in order to provide a better understanding of the function of each of the components according to the present invention. The procedure for installing the subsurface buoy includes: driving anchor stakes (not shown) into the seabed at predetermined installation locations, connecting anchor ropes 21 to the drive anchor stakes and connecting connection plates 19 to the anchor ropes 21;

å kople koplingsplater 19 til strekkutlikningssystemet B; to connect coupling plates 19 to the strain compensation system B;

å mate hver av installasjonskjettingene 15 gjennom punkter i hvert av de passive systemene A; feeding each of the installation chains 15 through points in each of the passive systems A;

å kople installasjonskjettinger 15 til koplingsplater 19 hos strekkutlikningssystemet B; to connect installation chains 15 to connection plates 19 of the strain compensation system B;

å kople en tilførselsledning til hver av ventilene 7 på dreneringsrommene 6 anordnet inne i de sylindriske legemene 1, 2, 3 og 4 for å tilføre trykkluft til disse; connecting a supply line to each of the valves 7 of the drainage spaces 6 arranged inside the cylindrical bodies 1, 2, 3 and 4 to supply compressed air thereto;

å åpne den første ventilen 7 og den andre ventilen 8 fra dreneringsrommene 6 anordnet inne i de sylindriske legemene 1, 2, 3 og 4 for å tillate en strøm av sjøvann inn i disse; opening the first valve 7 and the second valve 8 from the drainage spaces 6 arranged inside the cylindrical bodies 1, 2, 3 and 4 to allow a flow of seawater into them;

å sakte senke underoverflatebøyen inntil vandringsendeinnretningen 18 kommer i kontakt med kjettingstopperen 16; slowly lowering the subsurface buoy until the travel end device 18 contacts the chain stopper 16;

å injisere trykkluft inn i hver av dreneringsrommene 6 gjennom hver av de første ventiler 7 for å drive ut sjøvann derfra og å forårsake en skyvkraft mot sjøoverflaten; injecting compressed air into each of the drainage spaces 6 through each of the first valves 7 to expel seawater therefrom and to cause a thrust towards the sea surface;

å fjerne ballasten inntil aktuatorleddene 17 kontakter de øvre delene av kjettingstopperen 16, og således strekker forankringstauene 21 og installerer underoverflate-bøyen på sin operasjonsdybde; removing the ballast until the actuator links 17 contact the upper parts of the chain stopper 16, thus extending the anchor ropes 21 and installing the subsurface buoy at its operating depth;

å kople fleksible rør 11 til understøttelser 9b anordnet på det sylindriske legemet på baugsiden av underoverflatebøyen; og connecting flexible pipes 11 to supports 9b arranged on the cylindrical body on the bow side of the subsurface buoy; and

å kople stive rør 10 til understøttelser 9a anordnet på det sylindriske legemet på aktersiden av underoverflatebøyen. to connect rigid pipes 10 to supports 9a arranged on the cylindrical body on the aft side of the subsurface buoy.

Beskrivelsen gitt ovenfor av underoverflatebøyen, fortøyings- og det dynamiske stabiliseringssystemet 13, og fremgangsmåten for installasjon av underoverflatebøyen, som alle er gjenstand for oppfinnelsen, skal bare betraktes som utførelseseksempler. The description given above of the subsurface buoy, the mooring and dynamic stabilization system 13, and the method of installation of the subsurface buoy, all of which are the subject of the invention, are to be considered as exemplary embodiments only.

Claims

1. Subsurface buoy used in the production and transport of oil from an underwater well to a production unit at the sea surface, which subsurface buoy is characterized by including: a first cylindrical body (1) and a second cylindrical body (2), longitudinally positioned parallel and separately from each other and with equal lengths and diameters, both with a number of drainage spaces (6) in an interior thereof, a third cylindrical body (3) with a diameter greater than the diameter of the first and second cylindrical bodies (1) and (2), connected transversely to one of the outer ends of the longitudinally placed cylindrical bodies (1) and (2), and with a number of drainage spaces (6) in the interior thereof; a fourth cylindrical body (4), with a length equal to the length of the cylindrical body (3), and a diameter equal to the diameter of the longitudinally located cylindrical bodies (1) and (2), and with a number of drainage spaces ( 6) in the interior thereof connected transversely to the other extreme ends of the longitudinally placed cylindrical bodies (1) and (2); a lowering stabilizer (5) connected at its outer ends to the longitudinally located cylindrical bodies (1) and (2) parallel to and close to the fourth cylindrical body (4), configured to stabilize the positioning of the subsurface buoy during the lowering and installation operations; supports (9a) connected to the third cylindrical body (3), the outer ends of which have a number of rigid tubes (10) connected thereto; supports (9a) connected to the fourth cylindrical body (4), the outer ends of which have a number of flexible tubes (11) connected thereto; intermediate pipe (12), connected to supports (9a) and (9a), and aligned with the longitudinal cylindrical bodies (1) and (2), which intermediate pipe (12) is connected to the rigid pipes (10) and flexible pipes (11); and a mooring and dynamic stabilization system (13) configured to install the subsurface buoy at its operating depth, and which is coupled to the vertices formed by the union of cylindrical bodies (1), (2), (3) and (4), and a passive system (A) configured to install the subsurface buoy at its operating depth, and a strain equalization system (B) configured to maintain the strain equally distributed on the anchor ropes (21).

2. Subsurface buoy according to claim 1, characterized in that each of the number of drainage spaces (6) has a first valve (7) for the introduction or removal of compressed air connected to the top thereof, and a second valve (8) for the introduction or removal of ballast or seawater , connected to the bottom thereof.

3. Mooring and dynamic stabilization system (13) for a subsurface buoy according to crawling, characterized in that the passive system (A) of the mooring and dynamic stabilization system includes: a pulley (14) coupled to one of the upper ends of one of the cylindrical the bodies (3) or (4); an installation ring (15) passing over the pulley (14), used as a counterweight during the subsurface buoy's lowering operation to its operating depth; a chain stopper (16), through the inside of which the installation chain (15) passes, rigidly connected to the outer ends of each of the cylindrical bodies (3) and (4), and used to limit the travel of the installation chain (15) during the installation of the subsurface buoy ; an actuator link (17) for the chain stopper (16), arranged between the links of the installation chain (15), with dimensions larger than the links of the installation chain (15), arranged above the chain stopper (16) and configured to interrupt the travel of the installation chain (15) during the installation of the subsurface buoy; a travel end device (18), disposed between the links of the installation chain (15) and disposed below the chain stop (16), configured to interrupt or delay the travel of the installation chain (15) during the installation of the subsurface buoy; a coupling plate (19) connected to one of the ends of the installation chain (15), configured to connect the passive system (A) to the strain compensation system (B) and to the anchor rope (21); and a lower link (20) configured to install the installation chain (15) to the anchor rope (21).

4. Subsurface buoy according to claim 1, characterized in that the strain equalization system (B) of the mooring and dynamic stabilization system includes: at least two main base pulleys (22) connected to the lower outer ends of the cylindrical bodies (3) and (4), one main base pulley ( 22) is connected to one end of the cylindrical body (3), and the second main base pulley (22) is connected to the diagonally opposite end of the cylindrical body (4); at least two bibasistrins (23) connected to the other lower extreme ends of the cylindrical bodies (3) and (4), one bibasistrins (23) being connected to one end of the cylindrical body (3), and the other bibasistrins (3) is connected to a diagonally opposite extreme end of the cylindrical body (4); a first support component (24) which passes over the main base pulleys (22) and which is connected at its outer ends to the diagonally opposite connecting plates (19) of the anchor ropes (21); and a second support component (25) which passes over the bibastrins (23) and which is connected at its outer ends to the diagonally opposite connecting plates (19) of the anchor ropes (21).

5. Method for installing a subsurface buoy according to claim 1, characterized by including: driving anchor stakes into the seabed at predetermined installation locations, connecting anchor ropes (21) to the drive anchor stakes, and connecting connection plates (19) to anchor ropes (21); connecting coupling plates (19) to the strain compensation systems (B); feeding each of the installation chains (15) through each of the points of the passive system (A); to connect installation chains (15) to connection plates (19) of the strain compensation system (B); connecting a supply line to each of the valves (7) of the drainage spaces (6) arranged inside the cylindrical bodies (1), (2), (3) and (4) to supply compressed air thereto; opening a first valve (7) and a second valve (8) from the drainage spaces (6) provided inside the cylindrical bodies (1), (2), (3) and (4) to allow a flow of seawater therein; slowly lowering the subsurface buoy until the travel end device (18) contacts the chain stopper (16); injecting compressed air into each of the drainage spaces (6) through each of the first valves (7), to expel seawater therefrom and to cause a thrust towards the sea surface; removing the ballast until the actuator link (17) touches the upper parts of the chain stopper (16), so as to stretch the anchor ropes (21) and install the subsurface buoy at its operating depth; connecting flexible pipes (11) to supports (9a) arranged on the cylindrical body on the bow side of the subsurface buoy; and connecting rigid pipes (10) to supports (9a) arranged on the cylindrical body on the aft side of the subsurface buoy.