NO335772B1

NO335772B1 - Bølgebevegelsesabsorberende lossesystem

Info

Publication number: NO335772B1
Application number: NO20033330A
Authority: NO
Inventors: Jack Pollack; Philippe Lavagna; Phillipe Jean; Patrick Ducousso
Original assignee: Single Buoy Moorings
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2015-02-09
Also published as: NO20033330L; BR0206676A; US20040077234A1; BR0206676B1; US6916218B2; WO2002060750A1; NO20033330D0; EP1353840A1; EP1353840B1

Abstract

Et hydrokarbonoverføringssystem (1) i hvilket en flytende konstruksjon (2), så som en FPSO, er forbundet med en lossebøye (3) via en nedsenket losserørledning (10). Bøyens bevegelser avkoples fra rørledningen (10) via forbindelse av rørledningen ved hjelp av en støttedel (7) og en forbindelsesdel (8), mens rørledningen (10) er forlengbar i en lengderetning for å kompensere for driftfenomener.

Description

Oppfinnelsen angår et hydrokarbonoverføringssystem omfattende en flytende konstruksjon og en bøye som er fortøyd til sjøbunnen via ankerliner, en fluidover-føringsledning som er koplet mellom den flytende konstruksjon og bøyen og som ved sin ende nær bøyen er forbundet med en støttedel, og en forbindelsesdel som fester støttedelen til bøyen slik at forskyvning av støttedelen i forhold til bøyen kan finne sted.

Et slikt hydrokarbonoverføringssystem er kjent fra FR-A-2 768 993. I denne publikasjon er en offshoreplattform eller FPSO forbundet med en fortøyningsbøye som har kjedelinje-ankerliner. Bøyen er forbundet med den flytende konstruksjon via en strammeline som omfatter et seksjonsinndelt rør med positiv oppdrift. Røret understøtter hydrokarbonoverføringsledninger og er ved den ene ende festet til FPSC<V>en, mens fluidoverføringsledningene er forbundet FPSC<V>en ved hjelp av et fleksibelt ledningsavsnitt. Strammelinen er på den annen side forbundet med bøyens ankerline, mens fluidoverføringsledningen er forbundet med bøyen via et fleksibelt slangeavsnitt. Et utslag av FPSC<V>en i hvilken som helst retning på grunn av vinder eller strømmer resulterer i et utslag av bøyen med i hovedsaken samme amplitude. Avstanden mellom bøyen og FPSC<V>en opprettholdes i hovedsaken konstant, mens den nedsenkede rørledning ikke trenger å ta hensyn til relative forskyvninger mellom bøyen og FPSC<V>en.

Det kjente system har en ulempe ved at nedsenkede rørledninger med lengre lengde fremdeles vil være utsatt for utmattingsproblemer som er knyttet til (lokal) kompresjon og utbuling av fluidoverføringsledningen. Den kjente fluidoverføringsledning er forbundet med strammedelen langs hele sin lengde, hvilken strammedel inngår i den totale fortøyningskonfigurasjon. Som et resultat vil fluidoverføringsledningen være tvunget til å følge utslag av bøyen og FPSC<V>en, mens selve fluidoverføringsledningen ikke bidrar til fortøyningssystemet. Fluidoverføringsledningen har fleksible slanger ved hver ende og er ikke horisontalt strammet. Dette, i kombinasjon med det faktum at FPSC<V>en er forholdsvis stor og bøyen er liten og har forskjellig (horisontal) bevegelsesoppførsel i betraktning av deres store størrelsesforskjell, fører til horisontale bevegelser og variasjoner i stramming på strammedelen, hvilke bevegelser vil bli direkte overført til stål-overføringsledningen og vil frembringe aksiale spenninger når endene av overføringsledningens stålrør beveger seg på forskjellig måte. Dette resulterer i lokal utmatting, kompresjon og utbuling av overføringsledningen. Den kjente konstruksjon er uegnet for overføringsledninger som er lengre enn 500 m og som benytter en forholdsvis stor skytteltanker som er fortøyd til den forholdsvis lille bøye. I et slikt tilfelle vil begge de flytende konstruksjoner som er kjent fra FR-A-2 768 993, ha mer eller mindre uavhengige bevegelser og utslag som ikke kan sammenkoples med den meget lange strammedel, noe som øker faren for slakking og utbuling og kompresjon av rørledningen.

Andre systemer som benytter store stålrør som losseledninger for dypvanns-enkeltpunktfortøyningsterminaler, noe som reduserer konstante bølgebevegelses-påvirkninger som pålegges på enkeltpunktfortøynings (SPM)-bøyen og lossestige-rørene, er beskrevet i GB-A-2 335 723 og i US-A-6 109 989. I disse kjente fortøyningskonfigurasjoner er fluidoverføringsledningene direkte koplet til bøyen, slik at vertikale og horisontale bevegelser vil bli overført direkte til stigerørene, og følgelig frembringe utmattingsproblemer i stålrørene, noe som resulterer i en utmattingslevetid som er altfor liten for det nødvendige felt (som typisk er 25 ganger 10 eller 250 år). Slike utmattingsproblemer oppstår når første ordens, bølgeinduserte høyfrekvensbe vegel ser med perioder på ca. 10 s opptrer og forårsaker forholdsvis liten avdrift på rundt 3 m av en bøye som er fortøyd ved en vanndybde på 1000 m. Et annet utmattingsproblem for store stålstigerør frembringes av andre ordens lavfrekvensbevegelser som, ved en vanndybde på 1000 m, kan ha perioder i området 1-5 minutter og kan forårsake en relativ forskyvning av en størrelsesorden på 400 m mellom de to flytende legemer (såkalte langsomme driftbevegelser).

I WO 99/62762 er problemet med sammentrykking og utbuling av stål-fluidoverføringsledningen løst ved hjelp av et ettergivende, nedsenket rørledningssystem hvor strammevekter er tilføyd ved endedelene av den horisontale rørledning, hvilket resulterer i en horisontal strammekraft på rørledningens ender og således unngår faren for utbuling og sammentrykking.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et lossesystem i hvilket de ovenfor omtalte problemer i forhold til rørledningsutmatting er løst. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et hydrokarbonoverføringssystem som angitt i krav 1.

For dette formål er hydrokarbonoverføringssystemet ifølge oppfinnelsen kjenne-tegnet ved at støttedelen strekker seg langs en liten del av overføringsledningens lengde, idet fluidoverføringsledningen er forlengbar i en lengderetning.

Ved å ha en fluidoverføringsledning som er forlengbar i en lengderetning, og ved å benytte en ikke-begrensende støttedel, så som f.eks. en krage, en støttebøye eller en rørledningsendemanifold (PLEM = Pipe Line End Manifold) som strekker seg langs en mindre lengde av overføringsledningen, kan bøyen og den flytende konstruksjon fortøyes på uavhengig måte. Bevegelsene på den flytende konstruksjon er derfor frakoplet fra bøyen, mens bøyens bevegelser er frakoplet fra overføringsledningen. De bølgeinduserte bevegelser av bøyen absorberes ved hjelp av en deformasjon av geometrien av støttedelens bevegelsesavkoplingskonstruksjon, mens den nedsenkede rørledning er forlengbar eller ettergivende, f.eks. ved å ha en fleksibel segmentkonfigurasjon med form som en kjedelinje eller "lat W", slik at den absorberer de forholdsvis store forskyvninger av de to flytende konstruksjoner. Kombinasjonen av en ettergivende, nedsenket rørledning som er forbundet med lossebøyen via en "mykt åk"-liknende konstruksjon, reduserer rørledningens utmattingsproblemer til et akseptabelt nivå. Sett fra et bevegelsessynspunkt er den nedsenkede rørledning frakoplet fra lossebøyen, og den ettergivende, nedsenkede rørledning kan absorbere store bevegelser av begge flytende legemer, selv i den situasjon hvor en skytteltanker av større størrelse er fortøyd til lossebøyen.

I en utførelse omfatter forbindelsesdelen en kjedelinjekabel eller kjedelinje-kj erting som med en første ende henger ned fra bøyen og med en andre ende er forbundet med støttedelen. Ved å henge opp kabelen eller kjettingen i en sløyfe fra bøyen og fastgjøre støttedelen, er et kontrollert utslag av støttedelen mulig. Ved å tilkople ett eller flere vektelementer langs den sløyfeformede kjetting eller kabel, virker en gjenopprettingskraft på støttedelen slik at den opprettholder en stabil posisjon under vannflaten og motvirker drift av overføringsledningens endedel.

I en annen utførelse kan en kabel- eller kjettingdel danne forbindelsesdelen som er forbundet med en av bøyens ankerliner for avkopling av høyfrekvens-bøyebevegelser fra overføringsledningens endedel.

I en ytterligere utførelse omfatter forbindelsesdelen et første rørsegment som er hengselforbundet med støttedelen, et andre rørsegment med en første ende forbundet med det første segment og med en andre ende forbundet med bøyen, idet hver ende har en hengselsforbindelse, idet en vekt er tilkoplet nær et sammenkoplingspunkt for de første og andre rørsegmenter. I denne utførelse benyttes ikke noen separat forbindelsesdel, ettersom overføringsledningens endesegmenter tilveiebringer en fleksibel, bevegelsesavkoplende fastgjøring til bøyen.

Overføringsledningen kan være en stålrørledning med "lat W"-form eller kjedelinjeform, eller med ett eller flere dreiepunkter eller fleksible ledd i rørledningen.

I en ytterligere utførelse er fluidoverføringsledningen forbundet med bøyen og en den flytende konstruksjon på i hovedsaken likeartet måte.

Ytterligere fordeler ved systemet ifølge oppfinnelsen er at det ikke er følsomt for små endringer i lastefluidtetthet. Systemet kan tilpasse seg til økende vekter ved spyling av fluidoverføringsledningen med vann. Den avkoplede fortøyning ved bøyeenden regulerer automatisk vanndybden ved endedelen av overføringsledningen, og også vanndybden av støttedelen som kan være en rørledningsendemanifold (PLEM). Prisen på overføringsledningen kan reduseres da overføringsledningens veggtykkelse vil være redusert, da den vil være styrt hovedsakelig av konstruksjonsbetraktninger angående statisk trykk. Massen av stål som fjernes, vil hjelpe til å redusere oppdriften. Videre kan trykkfallet over overføringsledningen reduseres da innerdiameteren kan forstørres, noe som resulterer i at mindre effekt er nødvendig for oljelossing. Dette er særlig vesentlig for overføringsledninger med lengder på mer enn 500 m ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser en skjematisk utførelse av et lossesystem ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en detalj av lossebøyen ifølge fig. 1,

fig. 3 viser skjematisk den dynamiske oppførsel til bøyen ifølge fig. 1,

fig. 4 viser en alternativ utførelse hvor fluidoverføringsledningen er forbundet med lossebøyen via et kjedelinjeelement,

fig. 5 viser et detaljert sideriss av lossekonstruksjonen ifølge fig. 4,

fig. 6 viser igjen en alternativ lossekonstruksjon ifølge oppfinnelsen,

fig. 7-9 viser forskjellige konfigurasjoner av ståloverføringsledningen ifølge oppfinnelsen, og

fig. 10 viser en asymmetrisk ståloverføringsledning.

Fig. 1 viser et hydrokarbonoverføringssystem 1 omfattende en lossekonstruksjon 2, så som en FPSO, en produksjonsplattform, en halvt nedsenkbar konstruksjon eller en annen offshorekonstruksjon som kan være forankret til havbunnen via ankerskaft eller ankerliner 6, eller som kan opprettholde sin posisjon via et dynamisk posisjoneringssystem. Den flytende konstruksjon 2 er forbundet med en lossebøye 3 som er beliggende i en avstand på over 500 m, så som f.eks. 1-2 km, fra den flytende konstruksjon 2. Lossebøyen 3 er forbundet med havbunnen via stramme forankringskabler 4, 5 eller alternativt via kjedelinje-ankerkjettinger. En hydrokarbonoverføringsledning eller losserørledning 10 strekker seg under vannets overflate i en dybde på for eksempel 500 m mellom den flytende konstruksjon 2 og lossebøyen 3. Skytteltankere kan fortøyes til lossebøyen, slik at hydrokarboner kan overføres fra den flytende konstruksjon 2 til skytteltankeren via bøyen 3. Ved enden av losserørledningen 10, som kan være dannet av en stålrørledning som generelt har en diameter på 61 cm og en veggtykkelse på 1,9 cm, er det anordnet et rørstøtteelement 7, så som en krage eller PLEM, som er forbundet med ankerlinen 4 via en kabel 8. En fluidforbindelse i form av en fleksibel koplingsslange 12 strekker seg mellom bøyen 3 og endedelen av losserørledningen 10 ved kragen 7. Ved siden av den flytende konstruksjon 2 kan rørledningen 10 være tilkoplet på liknende måte via et støtteelement 16 og en kabel 15 som er forbundet med ankerlinen 6. Også her forbinder en koplingsslange 13 endedelen av rørledningen 10 med den flytende konstruksjon 2. Fig. 2 viser en detalj av lossebøyen 3 og viser støttedelen 7 i detalj. Støttedelen 7 kan være en bøye med oppdrift eller en rørledningsendemanifold (PLEM = Pipe Line End Manifold) med hvilken stål-losserørledningen 10 og den fleksible koplingsslange 12 er sammenkoplet. Ved lossebøyen 3 er det anordnet en dreieskive og en rørsvivel for å tillate værhanebevegelse eller dreining av skytteltankeren som er forbundet med bøyen 3, og rotasjon av fluidforbindelsen mellom skytteltankeren og den ikke-roterende koplingsslange 12. Av klarhetsgrunner er den øvre del av fortøyningsskaftet eller fortøyningslinen 5 vist på stiplet måte. Ved delen nær bøyen eller PLEM-enheten 7 kan losserørledningen 10 forløpe parallelt med fortøyningslinen 5. Fig. 3 viser skjematisk mulige bølgeinduserte bevegelser av bøyen 3, mens støtteelementet 7 og endedelen av losserørledningen 10 opprettholdes i en i hovedsaken konstant posisjon, idet den fleksible koplingsslange 12 tar opp variasjoner i avstand mellom bøyen 3 og endedelen av losserørledningen 10. Fig. 4 viser en alternativ utførelse hvor like elementer er betegnet med tilsvarende henvisningstall. Støtteelementet 7 er i dette tilfelle forbundet med en kjedelinje-kjettingdel 20 som med sin første ende 21 er forbundet direkte med bøyen 3 og med sin andre endedel 22 er forbundet med støtteelementet 7. Vektelementer, så som klumpvekter 23, er fordelt langs en del av lengden av kjedelinjekjettingen eller kjedelinjekabelen 20. Lengden av kjettingen eller kabelen 20 kan være f.eks. 175 m med en masse i luft på 750 kg/m. Ved siden av den flytende konstruksjon 2 benyttes en liknende kjedelinjekjetting eller kjedelinjekabel som den som benyttes ved siden lossebøyen 3. Ved siden av den flytende konstruksjon er det imidlertid også mulig å benytte en krage, PLEM eller bøye 7 og en kabel 8 for tilkopling av losserørledningen 10 på den måte som er vist på fig. 1.

En detalj av lossekonstruksjonen på fig. 4 er vist på fig. 5 som viser den utpregede kjedelinjeform på kjettingen 20 med klumpvekter fordelt i en utpreget kjedelinjeform. Den undersjøiske, flytende PLEM 7 bærer de vertikale belastninger av stål-losserørledningen 10 og en del av den tunge kjedelinjekjetting. PLEM-enheten 7 er utstyrt med skum, stigerørholdere, en piggesLøyfe og kjettingstoppere for kjedelinje-kjettingene.

Forbindelsen mellom koplingsslangen 12 og rørledningen 10 gjøres på den undersjøiske PLEM-enhet 7 og kan gjøres mens PLEM-enheten 7 befinner seg ved overflaten før installasjon av de tunge kjedelinjekjettinger.

Det kan typisk benyttes tre kjettinger 20 med en lengde på ca. 175 m og en masse i luft på ca. 750 kg/m. Det kan benyttes to koplingsslanger 12 med en masse i vann på 138 kg/m (oljefylt) og en lengde på 195 m. Den undersjøiske, flytende PLEM-enhet 7 kan ha en masse i vann på 445 tonn og en diameter på 12 m ved en høyde på 5 m. Bøyens 3 bølgebevegelser absorberes ved hjelp av en deformasjon av geometrien av kjettingens 20 kjedelinjeform. Videre overføres de langsomme driftutslag til stålrørledningen 10 uten større deformasjon av kjettingens 20 kjedelinjeform, på grunn av at rørledningens horisontale belastninger varierer lite med horisontale utslag. Bølgebevegelsene blir derfor også absorbert når en skytteltanker er forbundet med bøyen 3. For å være en effektiv bevegelsesabsorbator, må kjettingens 20 kjedelinjeform være utpreget, dvs. det må være en viss mengde kjetting under den undersjøiske, flytende PLEM-enhet 7. Dette er bare mulig dersom PLEM-enheten har tilstrekkelig oppdrift til å løfte kjettingen med klumpvekter og derfor frembringer et punkt i hvilket tangenten til kjettingen er horisontal.

I den utførelse som er vist på flg. 6, er støttedelen 7 og rørledningen 10 i et første hengselpunkt 32 forbundet med et røravsnitt 30 som i et andre hengselpunkt 33 er forbundet med et andre røravsnitt 31. Røravsnittet 31 er forbundet med bøyen 3 i et tredje hengselpunkt 34. En strammevekt 35 tilveiebringer en tilbakestillingskraft ved utslag av støttedelen 7 ved at den heves fra sin likevektsstilling. Stålrørledningen 10 har en bølgende eller buet form da den er forsynt med oppdriftselementer 11 langs i det minste en del av sin lengde. Derved kan lengdevariasjoner tas opp av stålrørledningen 10, slik at variasjoner i avstanden mellom den flytende konstruksjon 2 og lossebøyen 3 på grunn av langsomme driftbevegelser kan tas opp, mens høyfrekvensbevegelser av lossebøyen 3 avkoples fra stålrørledningen 10 via den mye åkfortøyningskonstruksjon av støttedelen 7 og enten kabelen 8, kjedelinjekjettingen 20 eller røravsnittene 30,31.

Fig. 7 viser en "lat W"-form på losserørledningen 10 med oppdriftsbeholdere 35, 36 fordelt langs dens lengde.

Ifølge fig. 8 er stål-losserørledningen 10 som har kjedelinjeform, ved sine endedeler forbundet med oppdriftselementer 37,37'.

Ifølge fig. 9 kan stålrørledningen 10 være dannet av rørledningssegmenter 38, 39 som er forbundet i et dreieledd eller fleksibelt ledd 40 nær sitt midtpunkt.

Fig. 10 viser en stål-losserørledning 10 som har oppdriftselementer 11, hvor losserørledningen har en asymmetrisk, bølgende form for å avkople bevegelsene av bøyen 3 og den flytende konstruksjon 2. I dette tilfelle kan rørledningen være direkte koplet til bøyen 3.

Claims

1. Hydrokarbonoverføringssystem omfattende en flytende konstruksjon (2) og en bøye (3) som er fortøyd til sjøbunnen via ankerliner (4, 5), en fluidoverføringsledning som er koplet mellom den flytende konstruksjon og bøyen og som er forlengbar i sin lengderetning og ved sin ende nær bøyen er forbundet med en støttedel (7) som strekker seg langs en liten del av overføringsledningens (10) lengde, og en forbindelsesdel (8,20, 30, 31) som fester støttedelen til bøyen slik at forskyvning av støttedelen i forhold til bøyen kan finne sted,karakterisert vedat støttedelen (7) omfatter en oppdriftsdel med en slik oppdrift at forbindelsesdelen (8, 20, 30, 31) forløper ikke-parallelt med banen mellom støttedelen (7) og bøyen (3), idet den spenner over en varierende avstand mellom bøyen og støttedelen ved oppadgående hivbevegelser av bøyen.

2. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 1,karakterisert vedat forbindelsesdelen (20) omfatter en kabel eller kjetting som med en første ende (21) henger ned fra bøyen (3), og med en andre ende (22) er forbundet med støttedelen (7).

3. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 2,karakterisert vedat ett eller flere vektelementer (23) er plassert på forbindelsesdelen (20).

4. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 1,karakterisert vedat forbindelsesdelen (8) er forbundet med en av ankerlinene (4).

5. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 4,karakterisert vedat forbindelsesdelen omfatter et første rørsegment (30) som er hengselforbundet med støttedelen (7), et andre rørsegment (31) med en første ende som er forbundet med det første rørsegment og med en andre ende som er forbundet med bøyen (3), idet hver ende har en hengselforbindelse (32, 33, 34), idet en vekt er tilkoplet nær et forbindelsespunkt mellom de første og andre rørsegmenter.

6. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat fluidoverføringsledningen består av metall.

7. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 6,karakterisert vedat overføringsledningen (10) følger en buet eller bølgende bane mellom den flytende konstruksjon og bøyen.

8. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 6 eller 7,karakterisert vedat overføringsledningen (10) er forsynt med oppdriftselementer (11) langs i det minste en del av sin lengde.

9. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat overføringsledningen (10) er forsynt med minst ett fleksibelt ledd (40) langs sin lengde.

10. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det fluidoverføringsledningsavsnitt (12) som strekker seg mellom støttedelen og bøyen, er en fleksibel overføringsledning.

11. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat støttedelen (7) omfatter en krage rundt fluidoverføringsledningen.

12. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det ved hver ende av fluidoverføringsledningen (10) er anordnet en støttedel (7, 6) som forbinder fluidoverføringsledningen med henholdsvis bøyen (3) og den flytende konstruksjon (2).

13. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 12,karakterisert vedat fluid-overføringsledningen (10) er forbundet med den flytende konstruksjon (2) på liknende måte som forbindelsen med bøyen (3).

14. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat minst to parallelle fluidoverføringsledninger er anordnet mellom den flytende konstruksjon og bøyen.

15. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge krav 14,karakterisert vedat minst to overføringsledninger er manifoldet til hverandre, f.eks. via en piggesløyfe.

16. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat fluidoverføringsledningen (10) er lengre enn 500 m.

17. Hydrokarbonoverføringssystem ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat fluidoverføringsledningen (10) strekker seg på en dybde på minst 500 m.