NO336936B1

NO336936B1 - Undervannsbøye

Info

Publication number: NO336936B1
Application number: NO20121193A
Authority: NO
Inventors: Jørgen Høgmoe; Geir Grimsrud
Original assignee: Riser Support Systems
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2015-11-30
Also published as: GB201506276D0; AU2013332507A1; WO2014062064A1; AU2013332507B2; GB2520906A; AU2013332507A2; NO20121193A1; BR112015008443A2

Abstract

Oppfinnelsen omfatter en nedsenket sadelbøye (MWA-bøye) for fleksible stigerørsarrangementer, for løfting og installasjon med ankre forbundet, i én operasjon, der den nedsenkede sadelbøyen omfatter: en sadel, en lastbærende struktur, oppdriftselementer, løftebolter for feste til en kran, og forankringsbolter for feste til en ankervaier, kjennetegnet ved at løfteboltene og forankringsboltene er felles eller plassert over og under horisontalt forløpende elementer i den lastbærende strukturen slik at den lastbærende strukturen i det vesentlige er uavhengig av løftekreftene bortsett fra deres kompresjonskomponenter, hvor oppdriftselementene omfatter tre eller flere gassfylte trykkbeholdere, der trykkbeholderne er uten skott.

Description

NEDSENKET SADELBØYE

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen angår fleksible stigerør, forankring og arrangement derav. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen nedsenkede sadelbøyesystemer for fleksible stigerør.

Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk

Fleksible stigerør brukes ved leting etter og produksjon av olje og gass, og de brukes generelt mellom flytende og stasjonære fartøy av ulike typer og havbunnen. Fleksible stigerør føres gjennom vannsøylen slik at de gir stivhet og fleksibilitet på samme tid. Den mest klassiske konfigurasjonen er den såkalte "late-S", oppkalt etter formen av konfigurasjonen sett fra siden. Det finnes imidlertid tallrike arrangementer, og arrangementene omfatter generelt minst én del der stigerøret er utstyrt med oppdrift og delene på begge sider henger som hellende buede ledninger mellom delen med oppdrift og for eksempel et undervannsproduksjonssystem og et FPSO-fartøy (Floating Production, Storage and Offloading vessel)

Oppdriften er generelt en av to typer: såkalt distribuert oppdrift, som består av et antall diskrete oppdriftselementer typisk basert på skum, plassert langs en del av stigerøret, eller gassfylte tanker som oppdriftselementer, typisk brukt til nedsenkede sadler (MWA - Mid Water Arch).

En nedsenket sadel - MWA - gir støtte og oppdrift for stigerørene. Vanligvis plasseres flere stigerør sammen på én MWA. En MWA omfatter en bøye, et bunnanker og en ankerline eller fortøyning, der linen forbinder bøyen med ankeret og holder bøyen på en ønsket posisjon i vannet. En nedsenket sadelbøye (MWA-bøye) er gjenstand for den foreliggende oppfinnelsen.

En typisk MWA-bøye omfatter en sadel, en lastbærende struktur under sadelen, oppdriftselementer, løftebolter for feste til en kran, en flerpartskobling (bridle) og forankringsbolter for feste til en ankervaier eller fortøyning. Sadelen er en buet plate med fordypninger eller spor hvor stigerørene skal plasseres. Sadelen har en kurve tilpasset den minste tillatte bøyningsradien til stigerørene og stigerørenes bevegelse. Den lastbærende strukturen er plassert under sadelen, er sammenkoblet med og støtter sadelen. To oppdriftstanker er typisk plassert i den lastbærende strukturen. Løftebolter for å henge opp enheten i en kran er typisk plassert på toppen av eller nær toppen av enheten. Forankringsbolter til å henge opp ankeret er typisk plassert på den nedre delen av strukturen, til hvilke en stivflerpartskobling eller flerpartskjettinger er festet. Strukturen er tett med begrenset tilgang, og plassering av løfteboltene høyt og ankerfestene lavt stabiliserer orienteringen.

En typisk MWA-bøye veier omkring 70 metriske tonn, mens bunnankeret veier omkring 250 metriske tonn. MWAer brukes vanligvis på moderate dyp, typisk 70- 300 m dybde. Bøyen med anker, med lengde omkring 30-50 m, løftes og installeres i én operasjon før stigerørene plasseres på sadelen.

Oppdriftstankene i en MWA er konstruert for driftsdybden pluss en sikkerhetsfaktor. For redundans inneholder tankene imidlertid ett eller flere skott dimensjonert for en bars differensialtrykk for å opprettholde tilstrekkelig oppdrift hvis et tankkammer begynner å lekke når MWAen er installert i neddykket posisjon. Tankene er typisk fylt med gass ved et trykk likt trykket i sjøen ved den neddykkede posisjonen pluss én atmosfære.

Konstruksjon, tilvirking og installasjon av MWAer blir ofte utsatt i et feltutviklingsprosjekt siden avgjørelser vedrørende antall og kapasitet av stigerør ofte revideres inntil sent i utviklingsprosjektet. Valg av hovedparametre for MWAene avhenger tradisjonelt av stigerørsdetaljene. Stigerørsdetaljene avgjøres derfor etter frys i stigerørskonstruksjonen. Dette setter komplettering og installasjon av MWAer på den kritiske veien i feltutviklingsplanen siden konstruksjon og tilvirkning av MWAer ikke kan begynne før stigerørskonstruksjonen er fullført.

I dag må en typisk MWA installeres ved å bruke et 400 tonn løftefartøy, hvilket er dyrt. Mulighet for å bruke et løftefartøy med lavere kostnader ville være fordelaktig.

I dag tar konstruksjon og tilvirking av en typisk MWA omkring 9 måneder. Et kortere tidsrom for konstruksjon og tilvirking ville være fordelaktig og tillate senere revisjoner av stigerørsutforming.

I dag vil en typisk MWA feile hvis det oppstår lekkasje i ett oppdriftstankkammer under installasjon, selv om MWAen er konstruert for å motstå lekkasje i ett oppdriftstankkammer uten å miste tilstrekkelig oppdriftskapasitet under normal nedsenket drift. Dette skyldes at skottenes differansetrykkdimensjonering på én atmosfære lett overskrides hvis det oppstår lekkasje under installasjonen. Nærmere bestemt er kamrene mellom skottene typisk fylt med nitrogen ved én bars overtrykk i forhold til den tiltenkte, nedsenkede posisjonen, og lekkasjer ved helt andre dybder kan ikke håndteres siden skottene er dimensjonert for differansetrykk på én bar. Erfaring viser at i det vesentlige all skade på MWAen inntreffer under installasjon, og evne til å motstå skade bedre ville være fordelaktig.

I dag vil noen MWAer bryte sammen hvis en av løftekoblingene eller slyngene ryker på grunn av ustabilitet eller overlast på de gjenværende slyngene.

Et typisk krav er at det skal være mulig å installere en MWA i én løfteoperasjon. Et typisk krav er også at løfteboltene og strukturen skal testes, men dette er vanskelig i praksis siden hele bøyen må testes siden løftekreftene tas opp gjennom den lastbærende strukturen.

Fra US 2006/0159523 A1 er det kjent en nedsenkbar sadelbøye for fleksible stigerørsarrangementer, der den nedsenkede sadelbøyen omfatter en sadel, lastbærende struktur, oppdriftselementer og er forankret til havbunnen i forankringspunkter i den horisontale eller vertikale rammen.

Fra NO 313500 er det kjent et oppdriftslegeme samt fremgangsmåte for anvendelse av dette, for lokalt å meddele oppdrift til minste et langstrakt legeme nedsenket i vann. Oppdriftslegemet er hult og er fortrinnsvis laget i ett stykke, men kan inneholde flere separate kamre, som via ventiler på styrt måte kan settes i forbindelse med omgivelsene.

Fra WO 2007/045850 A1 er det kjent en midtvannsbøye som består av en ramme, oppdriftselementer og spor fir stigerør, hvor oppdriftselementene er over rammen, slik at midtvannsbøyens oppdriftspunkt er over bøyens festepunkter, som er på rammen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å frembringe en nedsenket sadel som er gunstig med hensyn til ett eller flere av temaene nevnt ovenfor.

Oppsummering av oppfinnelsen

Formålet oppnås med oppfinnelsen som frembringer en nedsenket sadelbøye (MWA-bøye) for fleksible stigerørsarrangementer, for løfting og installasjon med ankre forbundet, i én operasjon, der den nedsenkede sadelbøyen omfatter:

en sadel,

en lastbærende struktur,

oppdriftselementer,

løftebolter for feste til en kran, og

forankringsbolter for feste til en ankervaier,

kjennetegnet ved at løfteboltene og forankringsboltene er felles eller plassert over og under horisontalt forløpende elementer i den lastbærende strukturen slik at den lastbærende strukturen i det vesentlige er uavhengig av løftekreftene bortsett fra deres kompresjonskomponenter.

Med begrepene løftebolter og forankringsbolter menes enhver løftebolt, løftebrakett, krok, hull, festepunkt eller tilsvarende som kjettingen, kjettingkroken, sjakkelen, kjettingslyngen eller-slyngene til henholdsvis kranen eller ankeret kan festes til. Felles forankrings- og løftebolter, eller skille mellom dem ved bare eller i det vesentlige bare horisontalt rettede elementer i den lastbærende strukturen, har en vesentlig teknisk effekt. Nærmere bestemt betyr dette at den lastbærende strukturen er uavhengig eller i det vesentlige uavhengig av løftekreftene, slik at den lastbærende strukturen eller rammeverket kan dimensjoneres ikke for den samlede vekten av anker pluss MWA-bøye pluss en sikkerhetsfaktor, men en betydelig redusert last. Nærmere bestemt virker den lastbærende strukturen av MWAen ifølge oppfinnelsen under løft kun eller i det vesentlige som en spreder, og kan dimensjoneres deretter. Begrepet plassert over og under horisontalt forløpende elementer betyr at vertikalt rettede elementer i den lastbærende strukturen ikke utsettes for hele løftekraften. Et eksempel på et horisontalt forløpende element er en horisontal bjelke, spreder eller åk i den lastbærende strukturen. MWAen ifølge oppfinnelsen kan imidlertid omfatte relativt korte, stive vertikale elementer, med løftebolter øverst og forankringsbolter nederst, fordelt omkring eller innimellom den lastbærende strukturen, men hele kraften fra løft av bøyen og ankeret må ikke bæres av den lastbærende strukturen, bare de horisontale komponentene av den. Med andre ord er ikke løfteboltene og forankringsboltene atskilt med elementer i den lastbærende strukturen som bærer vertikale lastkomponenter når bøyen med anker løftes i en kran. Hvis løfte- og forankringsboltene er atskilt, er de atskilt av elementer som er uavhengig av den lastbærende strukturen eller av elementer i den lastbærende strukturen som bærer horisontale løftkomponenter. Antall løftebolter er lik antall forankringsbolter, og løftebolter og forankringsbolter er i det vesentlige innrettet vertikalt med hverandre.

Vekten, størrelsen og leveringstiden vil bli vesentlig redusert med MWAen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, hvilket vil ha svært gunstige effekter som vil bli bedre forstått fra beskrivelsen nedenfor. MWA-bøyen ifølge oppfinnelsen, med et tilkoblet bunnanker, kan løftes i én operasjon av et 250 tonns kranfartøy, mens tidligere kjent teknikk krever et 400 tonns kranfartøy, hvilket reduserer kostnadene med omkring 100 000 USD per dag. MWA-bøyen ifølge oppfinnelsen veier omkring 60 tonn, tidligere kjente bøyer veier omkring 70 tonn. Vekten av ankeret som skal kobles til bøyen kan reduseres med omkring 1,4 ganger vektbesparelsen i bøyen. Løftehøyden og byggehøyden reduseres med henholdsvis omkring 10 m og 5-6 m, hvilket muliggjør redusert utsving og høyde for kranløftet, som sammen med den reduserte bøyevekten gjør det mulig å bruke et svært mye rimeligere kranfartøy. Videre kan løfte- og forankringsboltene testes til tre eller fire ganger løftekraften uten at den lastbærende strukturen skades, i motsetning til tidligere kjente MWAer. I tillegg reduseres leveringstiden fra omkring 9 måneder til 5-6 måneder. Nærmere bestemt frakobler den foreliggende oppfinnelsen hovedstigerørets konstruksjonsparametre fra MWAens hovedparametre ved å modularisere MWA-konstruksjonen slik at hoveddelene av MWAen kan tilvirkes før konstruksjonsfrysen for stigerørene. Hovedfordelen med dette er at leveringstiden for MWAer kan reduseres fra 9-12 måneder til under 6 måneder, som fordi den er på kritisk vei vil ha en direkte positiv innvirkning på feltutbyggingsplanen, hvilket igjen gir en betydelig positiv finansiell effekt for feltoperatørene og eierne.

Begreper som vertikal, horisontal, topp, under og andre posisjons- og orienteringsrelaterte ord henviser til nedsenket sadel slik den er plassert og orientert etter installasjon, med sadeldelen øverst, med mindre annen betydning er spesifisert.

Alle løftebolter og forankringsbolter er fortrinnsvis plassert nedenfor tyngdepunktet. Dette gjør det mulig å utelate en stiv fordelingsbjelke, og derved redusere høyden og vekten og nødvendig løftehøyde for MWAen ytterligere. Videre er tilgang til boltene langt enklere og sikrere på et fartøydekk, og redusert høyde og vekt forenkler transport.

Oppdriftselementene omfatter med fordel tre eller flere gassfylte trykkbeholdere, der trykkbeholderne eventuelt er uten skott og trykkbeholderne fortrinnsvis er dimensjonert slik at minst to trykkbeholdere er tilstrekkelig for å opprettholde oppdriften til MWAen som installert og under installasjon. Alternative oppdriftselementer kan brukes, slik som elementer basert på syntaktisk skum eller annet skum, hvilket kan være nyttig for dyp større enn omkring 300 m.

MWA-bøyen omfatter minst tre løftebolter og minst tre forankringsbolter, der antall løftebolter fortrinnsvis er lik antall forankringsbolter, der boltene er fordelt horisontalt og løfteboltene er felles med forankringsboltene eller respektive løfte-og forankringsbolter er i det vesentlige vertikalt innrettet med hverandre. MWAen omfatter fortrinnsvis fire løftebolter og fire forankringsbolter, der løfteboltene er plassert på toppen av en horisontal spredebjelke og forankringsboltene er plassert under den horisontale spredebjelken, det vil si på undersiden, under løftebolten. MWAen og tilknyttet løfteutstyr konstrueres fortrinnsvis slik at svikt i en slynge ikke fører til tap av stabilitet eller tap av styring.

Fortrinnsvis er sadelen i det vesentlige en lastbærende struktur i seg selv, konstruert for å motstå lasten fra stigerørene uten å måtte understøttes av rammeverket i den underliggende lastbærende strukturen. Dette har fordelen at sadelen kan modifiseres inntil svært sent i et utviklingsprosjekt.

Sadelen er fortrinnsvis festet til den lastbærende strukturen i tre posisjoner, på toppen, ved en sentral posisjon og ved eller nær hver ende. Derved er sadelen uavhengig av tanken og tankavstivningsstrukturen.

Fortrinnsvis omfatter den nedsenkede sadelbøyen en lastbærende struktur av fagverkstype (hvor de fleste kreftene bæres av aksiale krefter) med minst tre tanker hvor én tank er plassert i eller i umiddelbar nærhet av bøyens senterlinje. De lastbærende strukturene fra kjent teknikk er basert på plater, som hindrer tilgang til løfteboltene. Sadelen kan også være en fagverkskonstruksjon som letter tilgangen til forankrings- og løfteboltene eller punktene ytterligere i tillegg til økt styrke i forhold til vekt. Oppfinnelsen frembringer også bruk i nedsenkede sadelsystemer for fleksible stigerørsarrangementer.

Figurer

Oppfinnelsen illustreres med tolv figurer, nemlig

Figur 1 som illustrerer en MWA-bøye ifølge oppfinnelsen,

Figur 2 som illustrerer en MWA-bøye ifølge oppfinnelsen uten sadel,

Figur 3 som illustrerer en sadel i en MWA ifølge oppfinnelsen,

Figur 4 som illustrerer en lastbærende struktur i en MWA ifølge oppfinnelsen,

Figur 5 som illustrerer en oppdriftstank i en MWA ifølge oppfinnelsen,

Figurene 6-10 som illustrerer detaljer i en MWA ifølge oppfinnelsen, og

Figurene 11-12 som illustrerer en MWA-bøye ifølge oppfinnelsen,

Figur 12 som illustrerer detaljer i en sadel og hvordan den er festet eller plassert i en MWA ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Det vises til figur 1, som illustrerer en nedsenket sadelbøye 1 (MWA) ifølge oppfinnelsen, for fleksible stigerørsarrangementer. MWAen 1 omfatter en sadel 2, en lastbærende struktur 3, tre oppdriftselementer 4, løftebolter 5 for feste til en kran og ankerbolter 6 for feste til en ankervaier. Det fremgår at løfteboltene 5 og forankringsboltene 6 er felles eller plassert over og under horisontalt forløpende elementer i den lastbærende strukturen, slik at den lastbærende strukturen i det vesentlige er uavhengig av løftekreftene bortsett fra kompresjonskreftene fra dem. I den viste utførelsesformen er løfteboltene 5, hvorav bare én ses tydelig, plassert oppå et horisontalt element i den lastbærende strukturen 3, og forankringsboltene 6, hvorav bare én ses tydelig, plassert under det horisontale elementet i den lastbærende strukturen. Følgelig opptar ikke den lastbærende strukturen noen vertikale komponenter av løftekraften direkte når MWA-bøyen med tilkoblet anker løftes.

Det vises til figur 2, som viser MWAen på figur 1 uten sadel før økt klarhet. Komponentene eller elementene sadel 2, lastbærende struktur 3 og oppdriftstank 4 er illustrert separat på henholdsvis figurene 3, 4 og 5. Ytterligere detaljer, med bare enkelte komponenter vist for klarhet, vises på figurene 6, 7 og 8, som illustrerer den lastbærende strukturen og én sentral oppdriftstank, med løfteslynger festet og forankringsslynger eller flerpartskobling festet, sett fra forskjellige synsvinkler. Figurene 9 og 10 er frembrakt for å illustrere klart hvordan løfteboltene 5 og forankringsboltene 6 er plassert i den viste utførelsesformen av en MWA-bøye ifølge oppfinnelsen for ikke eller i det vesentlige ikke å overføre løftelaster vertikalt gjennom den lastbærende strukturen 3.

Det vises til figurene 11 og 12, som illustrerer sadelen 2 som en lastbærende struktur i seg selv, og hvordan den er festet til den lastbærende strukturen i sentrum 11, som er øverst, og ved eller mot endene 12. Siden sadelen er lastbærende i seg selv, er den ikke avhengig av den lastbærende strukturen, og konfigurasjonen eller detaljutformingen av sadelen kan utsettes til svært sent i et utviklingsprosjekt, og redusere leveringstiden.

Claims

1. Nedsenket sadelbøye (1) for fleksible stigerørsarrangementer, for løfting og installasjon med ankre forbundet, i én operasjon, der den nedsenkede sadelbøyen (MWA) (1) omfatter: en sadel (2), en lastbærende struktur (3), oppdriftselementer (4), løftebolter (5) for feste til en kran, og forankringsbolter (6) for feste til en ankervaier, karakterisert vedat løfteboltene (5) og forankringsboltene (6) er felles eller plassert over og under horisontalt forløpende elementer i den lastbærende strukturen (3) slik at den lastbærende strukturen (3) i det vesentlige er uavhengig av løftekreftene bortsett fra deres kompresjonskomponenter.

2. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge krav 1, hvor alle løftebolter (5) og forankringsbolter (6) er plassert nedenfor tyngdepunktet.

3. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge krav 1, hvor oppdriftselementene (4) omfatter tre eller flere gassfylte trykkbeholdere, der trykkbeholderne eventuelt er uten skott, og hvor trykkbeholderne er dimensjonert slik at minst to trykkbeholdere er tilstrekkelig for å opprettholde oppdriften til MWAen som installert og under installasjon.

4. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, hvor det er plassert minst tre løftebolter (5) og minst tre forankringsbolter (6), der antall løftebolter (5) er lik antall forankringsbolter (6), der boltene er fordelt horisontalt og løfteboltene (5) er felles med forankringsboltene (6) eller respektive løfte- og forankringsbolter er i det vesentlige vertikalt innrettet med hverandre.

5. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge krav 1-4, hvor MWAen (1) omfatter fire løftebolter (5) og fire forankringsbolter (6), der løfteboltene (5) er plassert på toppen av en horisontal spredebjelke og forankringsboltene (6) er plassert under den horisontale spredebjelken.

6. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge krav 1-5, hvor sadelen i det vesentlige er en lastbærende struktur i seg selv, konstruert for å motstå lasten fra stigerørene uten å måtte understøttes av rammeverket i den underliggende lastbærende strukturen (3).

7. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge krav 1 eller 6, hvor sadelen (2) er festet kun til den lastbærende strukturen (3), og er uavhengig av tanken og tankavstivningsstrukturen.

8. Nedsenket sadelbøye (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, omfattende en lastbærende struktur (3) av fagverkstype (hvor de fleste kreftene bæres av aksiale krefter) med minst tre tanker hvor én tank er plassert i eller i umiddelbar nærhet av bøyens senterlinje.