NO332343B1 - System og fremgangsmate for ankerovervaking og -verifisering - Google Patents

Abstract

Et system for overvåking og verifikasjon av et anker (10) for plassering på en havbunn under en vannmasse (W). En posisjonsovervåkings- og styreanordning (29) er lokalisert i en avstand fra ankeret (10), og føle- og overføringsmidler (20) er festet til ankeret (10) og tilpasset til overføring av data, fortløpende eller ved valgte intervaller, mellom ankeret (10) og posisjonsovervåkings- og styreanordningen (29).

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører overvåking og styring av ankere. Mer spesifikt vedrører den et system og en fremgangsmåte for overvåking og verifikasjon av et anker for plassering på en havbunn under en vannmasse, både under installasjon og etter at ankeret har blitt satt.

Oppfinnelsens bakgrunn

Borerigger forankres vanligvis ved bruk av en ankerspredning med 8-12 liner. Ankrene installeres én for én i forhåndsbestemte posisjoner på havbunnen ved bruk av ankerhåndteringsslepebåter ("anchor handling tugs", AHT). Korrekt posisjon, orientering og havbunnspenetrasjon er avgjørende faktorer for en sikker og pålitelig fortøyning, og for å verifisere at inngangsdata korresponderer til den godkjente fortøyningsanalyse.

I den inneværende teknikkens stand kan ankerets orientering, penetrasjon og posisjon i dag kun bekreftes ved bruk av nedsenkbare fjernstyrte farkoster ("Remotely Operated Vehicles", ROV) etter installasjon. De relevante data for hvert anker kan også estimeres utelukkende ut fra teoretiske slepemotstands- og penetrasjonsdiagrammer, eller være basert på fartøyets posisjon, kjettingens lengde og strekkavlesinger. Ankerets penetrasjon kan estimeres basert på analyse.

Det er systemer tilgjengelige som kan gi ankerpenetrasjonsdata til en slags "svart boks", og dataene kan behandles etter at ankeret er hentet opp på dekket. Slike innretninger blir imidlertid kun brukt til prototyptesting av nye ankere, og er ikke egnet til bruk i ankerhåndteringsoperasjoner, siden de ikke tilveiebringer online og sanntids data, og ettersom de ikke tilveiebringer globale posisjoneringsdata.

Nye regler og forskrifter utgitt av sjøfartsdirektoratet, og strengere administrering fra det norske petroleumstilsynet (PTIL) har økt kravene til dokumentasjon. Prosessen med forankring av en rigg på norsk kontinentalsokkel inkluderer slepemotstandsanalyse, ROV-sjekker og trekking med ekstremt strekk på riggen for å verifisere holdekapasiteten, og for å verifisere at et satt anker ikke beveger seg.

Den kjente teknikk omfatter US 2003/0128138, som beskriver et system for overvåking av et anker i "driftsfasen" (dvs. når det er installert). Det benyttes bl.a. ultralyd for kommunikasjon mellom ankeret og overvåkingssystemet på skipet. En sensor er festet i overgangen mellom anker og kjetting, og overvåker kreftene som påføres ankeret fra kjettingen eller vice versa.

Den kjente teknikk omfatter også GB 2 391 005, som beskriver et anker som bores ned i havbunnen ved hjelp av en elektrisk motor. Ved installasjonen benyttes det en "forerunner" som omfatter en transmitter for å oppgi høyden over sjøbunnen.

Videre beskriver DE 197 03 141 Al (Kotouczek) et system for overvåkning av et tradisjonelt anker. Systemet benytter en sensor på ankeret som angir endringer i ankerets relative posisjon, og som har til formål å informere skipets kaptein om hvorvidt ankeret har feste i havbunnen eller ei.

Systemer for hydroakustisk posisjonsbestemmelse er vel kjent. Et slikt system er "HiPAP<®>500", som er utviklet av Kongsberg Maritime AS.

WO 99/61307 (Bernard) beskriver et system for posisjonering av objekter på en havbunn. En hydroakustisk enhet er plassert på en thrusterenhet der det er opphengt et anker.

Det er derfor et behov for et system og en fremgangsmåte for tilveiebringelse av nøyaktige data for online og sanntids posisjonering, orientering og last for riggankeret under ankerhåndteringsoperasjoner og ankerpenetrasjon.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti de uavhengige krav, mens de avhengige krav beskriver andre karakteristika ved oppfinnelsen.

Hensikten med oppfinnelsen er å oppnå et system og en fremgangsmåte for overvåking og verifikasjon av et anker for plassering på og/eller under en havbunn under en vannmasse.

Systemet i henhold til oppfinnelsen for overvåking og verifikasjon av et ankers penetrasjonsdybde i en havbunn under en vannmasse erkarakterisert veden posisjonsovervåking og -styreanordning lokalisert i en avstand fra ankeret, og føle-og overføringsmidler festet til ankeret og tilpasset for dataoverføring, herunder overføring av romdata for ankeret, fortløpende eller ved valgte intervaller, mellom ankeret og posisjonsovervåkings- og -styreanordningen, der føle- og overføringsmidlene omfatter en hydroakustisk transponder, og posisjonsovervåking og -styreanordningen omfatter en hydroakustisk transceiver, og der nevnte romdata omfatter en eller flere av parametrene i gruppen som omfatter ankerets posisjon, ankerets orientering, og ankerets penetrasjonsdybde i havbunnen.

Føle- og overføringsmidlene kan være plassert i et beskyttende hus som, alternativt via husinnfestingsmidler, er festet til ankeret. Føle- og overføringsmidlene er fortrinnsvis festet til én del av ankeret som ikke er tiltenkt å eksponeres for materialer i havbunnen, fortrinnsvis i ankerets legg.

I en utførelse er lastfølingsmidler mekanisk festbare til ankeret, fortrinnsvis ankerets legg, og til ankerkjettingen, hvor lastfølingsmidlene er tilpasset til overføring av data, fortløpende eller ved valgte intervaller, mellom lastfølingsmidlene og føle- og overføringsmidlene. Dataoverføringen mellom lastfølingsmidlene og føle- og overføringsmidlene kan tilveiebringes ved hjelp av en kabel eller ved hjelp av trådløse innretninger.

Lastfølingsmidlene kan omfatte en lastcelle, strekklapp eller lignende. Føle- og overføringsmidlene og posisjonsovervåkings- og styreanordningen kan omfatte hydrostatiske enheter, så som en hydroakustisk transceiver i et høy-presisjons akustisk posisjoneringssystem.

Posisjonsovervåkings- og styreanordningen er fortrinnsvis posisjonert på et fartøy for plassering av ankeret på havbunnen.

Fremgangsmåten for overvåking av et ankers penetrasjonsdybde i en havbunn, ved hjelp av systemet i henhold til oppfinnelsen, innbefatter å: a) bringe ankeret til havbunnen; b) påføre strekk på ankerkjettingen som er forbundet med ankeret for å

bevirke at ankeret penetrerer havbunnen under overvåking av datasignalene fra føle-og overføringsmidlene, inntil en forhåndsbestemt penetrasjonsdybde inn i havbunnen har blitt oppnådd, der datasignalene omfatter en eller flere av parametrene i gruppen som omfatter ankerets posisjon, ankerets orientering, og ankerets penetrasjonsdybde i sjøbunnen.

Fortrinnsvis, før trinn a), justeres fartøyets posisjon basert på informasjon i datasignalene, for å sørge for at ankeret settes i den ønskede posisjon på havbunnen.

Oppfinnelsen tilveiebringer således et sensorbasert system for sikker og pålitelig sanntids overvåking av ankerhåndtering, hvilket gjør analyser og ROV-undersøkelser overflødige.

Det er videre frembrakt et anker utformet for penetrasjon og innleiring i en grunn under en havbunn, omfattende én eller flere mothaker forbundet til en legg som en ankerkjetting kan være forbundet til,karakterisert vedet hus montert på en del av ankeret når ankeret er innleiret i grunnen, så som inne i de strukturelle elementer av leggen, og der huset er utformet for å huse en hydroakustisk transponder som kan kommunisere med en posisjonsovervåking og -styreanordning lokalisert en avstand fra ankeret.

Med den foreliggende oppfinnelse som har en sensor montert på ankeret, vil ankerhåndteringsfartøyer, borerigger og oljeselskaper få nøyaktige og pålitelige data om avstand, orientering, posisjon, penetrasjon og strekk fra ankeret, gjennom utstyr som allerede er installert på ankerhåndteringsfartøyene.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre karakteristika ved oppfinnelsen vil bli klare fra den følgende beskrivelse av en utførelse, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 er et perspektivriss som illustrerer en utførelse av oppfinnelsen i tilknytning til et anker; Fig. 2 er et perspektivriss av utførelsen som er illustrert på fig. 1, i en forskjellig sammenstilt tilstand; Fig. 3 er et perspektivriss av utførelsen som er illustrert på fig. 1 og 2, hvor ankeret er plassert på havbunnen; Fig. 4 er et perspektivriss av utførelsen som er illustrert på fig. 1, 2 og 3, hvor ankeret er innleiret i en havbunn; Fig. 5 er et perspektivriss av utførelsen ifølge oppfinnelsen, hvor ankeret blir utplassert fra et fartøy; Fig. 6 er et perspektivriss av en utførelse av et hus i henhold til oppfinnelsen; Fig. 7 er en skjematisk illustrasjon av en utførelse av en posisjonsovervåking og -styreanordning;

Detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelse

Systemet i henhold til oppfinnelsen omfatter et anker 10 for plassering på en havbunn S under en vannmasse W, og penetrasjon og innleiring i grunnen E under havbunnen. Ankeret kan i prinsippet være ethvert kjent rigganker, typisk omfattende én eller flere mothaker 12 for penetrasjon inn i havbunnen, forbundet til en legg 14 som en ankerkjetting 22 kan være forbundet til, som illustrert på fig. 2. Det er ikke uvanlig at ankerets mothaker og legg er forbundet via et hengselarrangement, slik at vinkelen mellom leggen og mothakene kan justeres avhengig av grunntilstander og/eller ønsket penetrasjonsvinkel.

En transponder 20 er mekanisk festet til ankeret 10, fortrinnsvis til en del av ankeret 10 som ikke er tiltenkt å bli eksponert for materialer i havbunnen, f.eks. til leggen 14.1 den illustrerte utførelse er transponderen festet i hovedsak inne i de strukturelle elementer av leggen. Transponderen 20 kan omfatte enhver hydroakustisk transponder som er kompatibel med kommersielt tilgjengelige høypresisjons akustiske posisjoneringssystemer ("high precision acoustic positioning systems", HIPAP).

Som illustrert på fig. 1, er transponderen 20 plassert i en ekstra solid monteringsbrakett eller hus 18, spesialbygget til å passe til de valgte transponderdimensjoner og fremgangsmåten for ankerinstallasjon. Transponderbraketten må være montert slik at den tillater den mest optimale overføringsretning ("siktlinje") til HIP AP-transcei veren, følgelig må monteringsvinkelen justeres i henhold til havbunnspenetrasjonsvinkelen. Huset 18 er også illustrert på fig. 6, som også viser braketter 19 for innfesting til ankeret.

Huset 18 er montert på ankeret i den mest beskyttede lokalisering som er mulig (avhengig av typen av anker), men som likevel opprettholder kommunikasjonsevner. Før ankeret 10 blir utplassert i vannet, installeres transponderen 20 i huset 18, og transponderen aktiveres.

Det vises nå til fig. 5, hvor ankeret 10 er vist opphengt av en utplasseringsvaier 24, i vannet under et ankerhåndteringsfartøy 26 (i en praktisk anvendelse kan utplasseringsvaieren 24 være forbundet til ankeret via et separat element som innen teknikken er kjent som en "chaser"). Dette er et typisk scenario i utplasseringen og installasjonen av et anker. Selv om det ikke er vist på fig. 5, vil fagpersonen vite at ankerkjettingen 22 vanligvis er festet til ankeret 10 selv på dette trinn. Ankerhåndteringsfartøyet 26 er utstyrt med en transceiver 29 i et høypresisjons akustisk posisjoneringssystem (H1PAP), skjematisk illustrert på fig. 7. En standard (HIPAP) transceiverkonfigurasjon omfatter tranceiverenheten 36, en operatørstasjon 38 og en skrogenhet 32. Skrogenheten 32 omfatter en heisestyringsenhet 34 og en antenne 30 som penetrerer skipets skrog 28. Transceiveren kan være en standard HIP AP 500, hvilket er alminnelig kjent innen teknikken.

Etter at ankeret 10 vellykket er sluppet over bord fra ankerhåndteringsskipet 26 og senket til en forhåndsbestemt dybde i vannet (eksempelvis 50 meter), blir det hydroakustiske signal/kommunikasjon mellom transponderen 20 og HIP AP 29 testet. Deretter kan romlige data for ankeret 10 overføres fra transponderen 20 til HIPAP 29 på en fortløpende basis, hvis ønskelig, hvilket sørger for en sanntids, online overvåking av ankeret 10.

Ankeret 10 senkes av utplasseringsvaieren 24 inntil det er landet i en korrekt orientering og i den ønskede posisjon på en havbunn S. Tap av signaler fra transponderen 20 under denne fase kan eksempelvis angi at ankeret har blitt landet opp-ned, i hvilket tilfelle det bør utplasseres på ny, inntil det er i korrekt posisjon. Fig. 3 illustrerer ankeret 10 plassert på havbunnen S, før penetrering. Utplasseringsvaieren 24 har blitt fjernet, og ankerkjettingen 22 er festet til ankerets legg 14, og ankeret er klart til å settes. Dette utføres ved påføringen av et styrt strekk på ankerkjettingen 22, hvorved mothakene 12 av ankeret vil penetrere inn i grunnen E under havbunnen S. Ankerkjettingens strekk påføres ved hjelp av passende inntrekkingsutstyr på fartøyet (rigg, osv., ikke vist på figurene) som skal fortøyes eller forankres med ankeret 10. Dette er en prosedyre som er velkjent innen teknikken, og den vil derfor ikke bli videre omtalt. Imidlertid, med sanntidsovervåkingssystemet i henhold til oppfinnelsen, kan inntrekkingsoperasjonen styres basert på online data som er mottatt fra transponderen 20.

I tillegg til de romlige data som er nevnt ovenfor (x-y-z-posisjon), gir systemet i henhold til oppfinnelsen også adgang til en overvåking av det strekk som påføres av ankerkjettingen på ankeret. Dette er illustrert særlig på fig. 2, som skjematisk viser en lastcelle 16 som i én ende er festet til ankeret 10 og i en annen ende til ankerkjettingen 22. Lastcellen kan byttes ut med et strekklapparrangement i festebolten 15 på ankeret, eller lignende. Strekklastdataene overføres til transponderen 20 via en kabel 17 som forbinder lastcellen 16 til transponderen. Andre midler for overføring av data fra lastcellen til transponderen (eksempelvis trådløse) kan anses som ekvivalenter.

Med bruk av systemet i henhold til oppfinnelsen, kan de følgende hovedaktiviteter utføres: a) Posisjonering av ankerhåndteringsfartøyet 26 i umiddelbar nærhet av sluttankerpo sisj onen; b) Plassering av transponderen 20 i huset 18 på ankeret 10; c) Senking av ankeret 10 inn i vannet W, eksempelvis ved hjelp av en utplasseringsvaier 24 over hekkrullen; d) Beveging av fartøyet 26 inn i en ønsket og forhåndsbestemt ganglinjeposisjon; e) Senking av ankeret ned en forhåndsbestemt dybde (eksempelvis 50 meter) i vannet, valgfritt minimering av fartøyet for å sørge for best mulige hydroakustiske sende/mottaksbetingelser, utspørring av transponderen 20 og verifisering av akseptabelt signal; f) Fortsatt bevegelse av fartøyet 26 til over den tiltenkte ankerposisjon på havbunnen; g) Senking av ankeret 10 til en forhåndsbestemt avstand over havbunnen S (eksempelvis 10 meter); verifisering av posisjon på havbunnen S gitt av transponderen 20 til HIP AP 29; h) Utplassering av ankeret 10 på havbunnen S, og redusering av strekk i utplasseringsvaieren 24;

i) Når ankeret 10 er i den korrekte posisjon og styrekursen på havbunnen, og orienteringen er akseptabel, vil HIPAP 29 systemet motta signaler fra transponderen 20. Hvis det ikke er noe signal eller hvis signalene er svake, kan fartøyet 26 beveges for optimal styrekurs for å sørge for signalstyrke (hvis nødvendig, hvilket sørger for tilstrekkelig slakk på utplasseringsvaieren 24 for ikke å bevege ankeret utilsiktet);

j) Når optimalt signal fra transponderen 20 har blitt oppnådd, påbegynn forstrekking av ankeret 10 under kontinuerlig overvåking av dataene fra transponderen 20;

k) Når akseptabel penetrasjonsdybde inn i havbunnen har blitt oppnådd og verifisert av transponderen 20, og ankerholdekapasitet har blitt verifisert av riggen, kan utplasseringsvaieren frakobles fra ankeret.

Systemet i henhold til oppfinnelsen bruker signalene fra en konvensjonell hydroakustisk transponder, overført gjennom en ordinær HIPAP-sensor for å bestemme den eksakte posisjon, orientering og penetrasjon for et anker for en offshorerigg. Det oppfunne Avansert Avstands- og Posisjoneringssystem ("Advanced Distance and Positioning System", AD APS) gir nøyaktige og pålitelige data til operatørene om ankerets posisjon, orientering, penetrasjon og strekk under ankerhåndteringsoperasjoner og fortøyningsperioden ved lokaliseringen.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til hydroakustiske signaler overført fra en transponder montert på et rigganker, vil fagpersonen forstå at det oppfinneriske konsept også omfatter andre midler for trådløs kommunikasjon. Fagpersonen vil også forstå at dataene mellom lastcellen 16 og transponderen 20 kan tilveiebringes ved hjelp av en trådløs applikasjon, istedenfor kabelen 17.

Claims (11)

1. System for overvåking og verifikasjon av et ankers (10) penetrasjonsdybde i en havbunn under en vannmasse (W),karakterisert veden posisjonsovervåking og -styreanordning (29) lokalisert en avstand fra ankeret (10), og føle- og overføringsmidler (20) festet til ankeret og tilpasset for dataoverføring, herunder overføring av romdata (x-y-z) for ankeret, fortløpende eller ved valgte intervaller, mellom ankeret (10) og posisjonsovervåking og - styreanordningen (29), der føle- og overføringsmidlene (20) omfatter en hydroakustisk transponder, og posisjonsovervåking og -styreanordningen (29) omfatter en hydroakustisk transceiver, og der nevnte romdata omfatter en eller flere av parametrene i gruppen som omfatter ankerets posisjon, ankerets orientering, og ankerets penetrasjonsdybde i havbunnen.

2. System ifølge krav 1, der føle- og overføringsmidlene (20) er plassert i et beskyttende hus (18) som, alternativt via husinnfestningsmidler (19), er festet til ankeret (10).

3. System ifølge krav 1 eller 2, der føle- og overføringsmidlene (20) er festet til en del av ankeret (10) som ikke er tiltenkt å bli eksponert for materialer i havbunnen, fortrinnsvis i ankerets legg (14).

4. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, videre innbefattende lastfølingsmidler (16) mekanisk festbare til ankeret (10), fortrinnsvis ankerets legg, og til en ankerkjetting (22), hvorved lastfølingsmidlene (16) er tilpasset for dataoverføring, fortløpende eller ved utvalgte intervaller, mellom lastfølingsmidlene og føle- og overføringsmidlene (20).

5. System ifølge krav 4, der dataoverføringen mellom lastfølingsmidlene (16) og føle- og overføringsmidlene (20) tilveiebringes ved hjelp av en kabel (17).

6. System ifølge kravene 4 eller 5, der lastfølingsmidlene (16) omfatter en lastcelle, strekkspenningsmåler, eller lignede.

7. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der posisjonsovervåking og -styreanordningen (29) omfatter en hydroakustisk transceiver i et høy-presisjons akustisk posisjoneringssystem.

8. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der posisjonsovervåking og -styreanordningen (29) er plassert på et fartøy (26) for plassering av ankeret (10) på havbunnen.

9. Fremgangsmåte for overvåking av et ankers (10) penetrasjonsdybde i en havbunn, ved hjelp av et system ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8,karakterisert vedå: a) bringe ankeret (10) til havbunnen (S); b) påføre strekk på ankerkjettingen (22) som er forbundet med ankeret (10) for å bevirke at ankeret penetrerer havbunnen mens datasignaler fra føle- og overføringsmidlene (20) overvåkes, inntil en på forhånd bestemt penetrasjonsdybde inn i havbunnen er oppnådd, der datasignalene omfatter en eller flere av parametrene i gruppen som omfatter ankerets posisjon, ankerets orientering, og ankerets penetrasjonsdybde i sjøbunnen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, der før trinn a), fartøyets (26) posisjon justeres basert på informasjon i nevnte datasignaler, for å sikre at ankeret er satt i den ønskede posisjon på havbunnen (S).

11. Et anker (10) utformet for penetrasjon og innleiring i en grunn (E) under en havbunn, omfattende én eller flere mothaker (12) forbundet til en legg (14) som en ankerkjetting kan være forbundet til,karakterisert vedet hus (18) montert på en del av ankeret når ankeret er innleiret i grunnen, så som inne i de strukturelle elementer av leggen (14), og der huset er utformet for å huse en hydroakustisk transponder (20) som kan kommunisere med en posisjonsovervåking og -styreanordning (29) lokalisert en avstand fra ankeret (10).