NO337179B1

NO337179B1 - Gimbal for riser for use on vessels

Info

Publication number: NO337179B1
Application number: NO20131120A
Authority: NO
Inventors: Steingrim Thommesen; Bjørn Rønning; Hans Emil Opsahl
Original assignee: Aker Oilfield Services Operation As
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2016-02-01
Also published as: NO20131120A1; WO2015022425A1

Description

Slingrebøyle (Gimbal) for stigerør til bruk på fartøy Gimbal for risers for use on vessels

Bakgrunn: Background:

Oppfinnelsen angår et fleksibelt oppheng som er innrettet til å bli anordnet på et fartøy, for eksempel intervensjonsskip. Opphenget brukes, i kombinasjon med en spider, under installasjon eller fjerning av stigerør og ved avhenging av stigerør generelt, hvor man ikke er koblet til en brønn i korte eller lengre perioder, for å tillate relativbevegelse mellom skip og stigerør uten å skape store ekstra momenter i stigerøret. The invention relates to a flexible suspension which is designed to be arranged on a vessel, for example an intervention ship. The suspension is used, in combination with a spider, during installation or removal of risers and when suspending risers in general, where one is not connected to a well for short or longer periods, to allow relative movement between ship and riser without creating large additional moments in the riser.

En spider alene som oppheng til stigerør er ugunstig da denne grunnet manglende fleksibilitet ikke vil utligne for krefter forårsaket av rull- og pitch-bevegelse på fartøy og vinkling av stigerøret og økt risiko for utmatting. A spider alone as a suspension for a riser is unfavorable as this, due to lack of flexibility, will not compensate for forces caused by roll and pitch movement on the vessel and angling of the riser and increased risk of fatigue.

Ved kjente løsninger for fleksible oppheng av stigerør brukt under kjøring av stigerør (installasjon og fjerning), benyttes et sfærisk lager mellom spideren og fartøyet for å utligne momenter, men ulempene ved disse løsningene er at de har lavere effektivitet med hensyn på å redusere momentet i stigerøret i avhengningspunktet, grunnet enten at de har stor friksjon og/eller har betydelig stivhet, som begge deler bidrar til moment i stigerøret. In the case of known solutions for flexible suspension of risers used during running of risers (installation and removal), a spherical bearing is used between the spider and the vessel to equalize moments, but the disadvantages of these solutions are that they have lower efficiency with regard to reducing the moment in the riser at the point of suspension, either because they have high friction and/or have significant stiffness, both of which contribute to torque in the riser.

Denne anordningen ifølge oppfinnelsen har også et sett med hydrauliske jekker som er tilkoblet et styringssystem som tillater at gimbal er helt fri til å rotere, eller en kan gi den en kontrollert stivhet som kan økes til den i praksis er helt innspent. Dette gir store fordeler under kjøring av stigerør da en f.eks. kan låse gimbalen en kort stund idet en kobler et nytt stigerørelement til eller fra, for så å la den rotere fritt eller med en kontrollert stivhet. This device according to the invention also has a set of hydraulic jacks which are connected to a control system which allows the gimbal to be completely free to rotate, or one can give it a controlled stiffness which can be increased until it is practically fully clamped. This gives great advantages when running risers as an e.g. can lock the gimbal for a short time while connecting or disconnecting a new riser element, then allowing it to rotate freely or with a controlled stiffness.

Forbedringer sammenlignet med kjent teknikk: Improvements compared to prior art:

For å utlikne krefter på stigerøret er det ifølge oppfinnelsen montert en gimbal/slingrebøyle. Denne vil kunne tillate for eksempel +/- 4 grader fri bevegelse mellom stigerør og fartøy. In order to equalize forces on the riser, according to the invention, a gimbal/swing bracket is mounted. This will be able to allow, for example, +/- 4 degrees of free movement between riser and vessel.

Publikasjon Dl beskriver en konstruksjon for kompensere for bevegelse ved brønn operasjoner på oljeplattformer. Konstruksjonen består av en topplate, en mellom plate og en bunnplate som er hengslet forbundet til hverandre. Konstruksjonene består også av stempel som er festet i hver ende til hhv topplate og mellomplate, og stempel som er festet i hver ende mellom bunnplate og mellomplate for å justere stivheten til konstruksjonen. Pga av at stemplene er festet i hver ende medfører dette at konstruksjonen ikke kan rotere fritt, men begrenses av tillat bevegelse i stempelet. Publication Dl describes a construction to compensate for movement during well operations on oil platforms. The construction consists of a top plate, a middle plate and a bottom plate which are hinged to each other. The constructions also consist of pistons that are attached at each end to the top plate and intermediate plate, respectively, and pistons that are attached at each end between the bottom plate and intermediate plate to adjust the stiffness of the construction. Because the pistons are fixed at each end, this means that the construction cannot rotate freely, but is limited by the permitted movement in the piston.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen: Detailed description of the invention:

Figur 1 er en oversiktsskisse over en gimbal ifølge oppfinnelsen montert sammen med en spider og et stigerør over boredekket på et fartøy. Figure 1 is an overview sketch of a gimbal according to the invention mounted together with a spider and a riser above the drilling deck of a vessel.

Figur 2 viser gimbalen og spideren montert sammen med stigerør i boredekket. Figure 2 shows the gimbal and spider mounted together with risers in the drilling deck.

Figur 3 viser et snitt gjennom en utføringsform av gimbalen, spideren og stigerøret. Figure 3 shows a section through an embodiment of the gimbal, spider and riser.

Figur 4 viser en prinsippskisse av gimbalen. Figure 4 shows a schematic diagram of the gimbal.

Figur 5 og 6 viser en detaljert skisse av gimbalen sett fra siden. Figures 5 and 6 show a detailed sketch of the gimbal seen from the side.

Fig 1 viser et fartøy 2 for eksempel intervensjonsskip som innbefatter en vertikal åpning eller underdekksåpning 4 for gjennomføring av utstyr, for eksempel stigerør 3. Et universalledd/gimbal/slingrebøyle, heretter benevnt gimbal 1, omslutter stigerøret 3 og plasseres i underdekksåpningen i fartøyet 2. Gimbalen 1 har fortrinnsvis samme dimensjon (for eksempel 2,4 x 2,4 m) som et rotasjonsbord og kan erstatte denne, i og med at rotasjonsbordet ikke behøves under installasjon av stigerør. På oversiden av gimbalen 1 er det anordnet en spider 5 rundt stigerøret 3. Formålet med denne er å holde stigerøret 3 i posisjon, og hindre dette i å gli nedover, ved å klemme rundt stigerøret 3. Dette er nærmere vist i figur 3. Fig 2 viser gimbalen 1 plassert i underdekksåpningen 4 i boredekket på fartøyet. På oversiden av gimbalen 1 er det festet en opphengskonstruksjon, heretter kalt spider 5. Spideren 5 består av to like store bevegelige deler som er festet sammen i et bevegelig ledd 8. Dette leddet 8 guider spider 5 ned i gimbalen ved hjelp av en styreskinne 6b festet til en brakett 6 i det ene hjørnet av gimbalen 1. To motstående hydrauliske stempelstenger 7 er festet til spideren 5 i ene enden og et par av klembakker 10 i den andre enden. Klembakkene 10 klemmes mot stigerøret 3 for å fastholde dette. Fig 1 shows a vessel 2, for example an intervention ship, which includes a vertical opening or lower deck opening 4 for the passage of equipment, for example a riser 3. A universal joint/gimbal/sling bracket, hereafter referred to as gimbal 1, encloses the riser 3 and is placed in the lower deck opening in the vessel 2. The gimbal 1 preferably has the same dimensions (for example 2.4 x 2.4 m) as a rotary table and can replace this, as the rotary table is not needed during the installation of risers. On the upper side of the gimbal 1, a spider 5 is arranged around the riser 3. The purpose of this is to hold the riser 3 in position, and prevent it from sliding downwards, by clamping around the riser 3. This is shown in more detail in Figure 3. Fig 2 shows the gimbal 1 placed in the lower deck opening 4 in the drilling deck of the vessel. On the upper side of the gimbal 1, a suspension structure is attached, hereafter called spider 5. The spider 5 consists of two equally sized movable parts which are attached together in a movable joint 8. This joint 8 guides the spider 5 down into the gimbal by means of a guide rail 6b attached to a bracket 6 in one corner of the gimbal 1. Two opposite hydraulic piston rods 7 are attached to the spider 5 at one end and a pair of clamping jaws 10 at the other end. The clamping jaws 10 are clamped against the riser 3 to retain this.

I fig. 3 er sammenstillingen gimbal 1, spider 5 og stigerør 3 vist nærmere. Det er anordnet en skulder 9 på stigerøret for å hindre at stigerøret 3 forskyves nedover. Skulderen 9 hviler på klembakkene 10 som klemmer rundt stigerøret 3 i underkant av stigerørs-skulderen 9. In fig. 3, the assembly of gimbal 1, spider 5 and riser 3 is shown in more detail. A shoulder 9 is arranged on the riser to prevent the riser 3 from being displaced downwards. The shoulder 9 rests on the clamping jaws 10 which clamp around the riser 3 below the riser shoulder 9.

Spideren 5 og stigerøret 3 hviler på gimbalen 1. Gimbalen 1 har en sirkulær åpning 15 (figur 4) i midten av gimbalen 1 for gjennomføring av stigerøret 3. Spideren 5 hviler på en kant 15b (se figur 6) anordnet på topplaten 12 og nedi åpningen 15. Gimbalen 1 kan ha et designtrykk på 1000-1200 mT for å oppta kreftene til stigerøret 3. The spider 5 and the riser 3 rest on the gimbal 1. The gimbal 1 has a circular opening 15 (figure 4) in the middle of the gimbal 1 for the passage of the riser 3. The spider 5 rests on an edge 15b (see figure 6) arranged on the top plate 12 and below the opening 15. The gimbal 1 can have a design pressure of 1000-1200 mT to absorb the forces of the riser 3.

Gimbalen 1 består i hovedsak av en topplate 12, midtplate 13 og en bunnplate 14. Platene 12,13, 14 er forbundet til hverandre ved en lagersammenstilling 11. De enkelte delene av gimbalen 1 er vist i figur 4. Figuren er en skjematisk prinsippskisse av gimbalen 1. På tegningen er det vist et sett av ører 18 montert på mellomplaten 13 i stedet for på topplaten 12 og bunnplaten 14 slik det er vist i figur 5 og 6. The gimbal 1 essentially consists of a top plate 12, middle plate 13 and a bottom plate 14. The plates 12, 13, 14 are connected to each other by a bearing assembly 11. The individual parts of the gimbal 1 are shown in figure 4. The figure is a schematic diagram of the the gimbal 1. The drawing shows a set of ears 18 mounted on the intermediate plate 13 instead of on the top plate 12 and the bottom plate 14 as shown in figures 5 and 6.

Bunnplaten 13 er forbundet med fartøyet 2 i underdekksåpningen 4 vist på fig 1. Platene 12, 13 og 14 er forbundet med hverandre ved hjelp av fire lagersammenstillinger 11, Platene 12, 13 og 14 kan derved vippe i forhold til hverandre. Bunnplaten 14 er fast i forhold til boredekket og derved også fartøyet 2, mellomplaten 13 vipper om en horisontal midtakse 20 i forhold til bunnplaten 14. Topplaten 12 vipper om en horisontal midtakse 21 i forhold til mellomplaten 13. De to aksene ligger i fortrinnsvis tilnærmet samme horisontalplan og strekker seg vinkelrett på hverandre. De kan også ligge i to ulike parallelle plan. The bottom plate 13 is connected to the vessel 2 in the lower deck opening 4 shown in Fig. 1. The plates 12, 13 and 14 are connected to each other by means of four bearing assemblies 11. The plates 12, 13 and 14 can thereby tilt in relation to each other. The bottom plate 14 is fixed in relation to the drilling deck and thereby also the vessel 2, the intermediate plate 13 tilts about a horizontal central axis 20 in relation to the bottom plate 14. The top plate 12 tilts about a horizontal central axis 21 in relation to the intermediate plate 13. The two axes preferably lie in approximately the same horizontal plane and extend perpendicular to each other. They can also lie in two different parallel planes.

Fig 5 og 6 viser nærmere detaljerte skisser av gimbalen 1 og lagersammenstillingene 11. I tillegg er det vist hydrauliske nivelleringsjekker 16. Nivelleringsjekkene 16 er via et gummioppstivet kuleledd 16b (figur 6) forbundet med hvert sitt hjørne av gimbalens 1 bunnplate 14 og støter mot et konvekst sete 16c (figur 6) på undersiden av gimbalens topplate 12. Jekkesystemet 16, 16b, 16c står i forbindelse med en gassakkumulator (ikke vist) og ved hjelp av denne kan man justere stivheten på nivelleringsjekkene 16. Nivelleringsjekkene 16 er koblet til samme system og justeres synkront og til samme trykk. Figur 5 viser også festedetaljer 17 mellom bunnplaten 14 og fartøyet 2. Figs 5 and 6 show more detailed sketches of the gimbal 1 and the bearing assemblies 11. In addition, hydraulic leveling jacks 16 are shown. The leveling jacks 16 are via a rubber-reinforced ball joint 16b (figure 6) connected to each corner of the gimbal's 1 bottom plate 14 and abut against a convex seat 16c (figure 6) on the underside of the gimbal's top plate 12. The jack system 16, 16b, 16c is connected to a gas accumulator (not shown) and with the help of this the stiffness of the leveling jacks 16 can be adjusted. The leveling jacks 16 are connected to the same system and adjusted synchronously and to the same pressure. Figure 5 also shows attachment details 17 between the bottom plate 14 and the vessel 2.

Figurene viser videre i detalj hvordan topplaten 12 og bunnplaten 14 er forbundet til midtplaten 13 ved hjelp av ører 18a, 18b, 18c, 18d. Disse er plassert parvis på hver sin side av midtplaten 13. Ørene 18a, 18b, 18c, 18d er festet til topplaten, hhv. bunnplaten, 12,14 på disses indre overflate 19, for eksempel ved bruk av bolter, men de kan også være sveist eller integrert med platen på andre måter. Ørene 18a og 18b som er festet til topplaten 12 henger ned på hver side av midtplaten 13 med en nedadragende fri ende. Ørene 18c og 18d som er festet til bunnplaten er rettet oppover med en oppadragende fri ende på hhv. innsiden og utsiden av midtplaten 13. The figures further show in detail how the top plate 12 and the bottom plate 14 are connected to the middle plate 13 by means of lugs 18a, 18b, 18c, 18d. These are placed in pairs on either side of the middle plate 13. The ears 18a, 18b, 18c, 18d are attached to the top plate, respectively. the bottom plate, 12,14 on their inner surface 19, for example by using bolts, but they can also be welded or integrated with the plate in other ways. The ears 18a and 18b which are attached to the top plate 12 hang down on each side of the middle plate 13 with a free end extending downwards. The ears 18c and 18d which are attached to the base plate are directed upwards with an upwardly extending free end of the respective the inside and outside of the center plate 13.

Oppfinnelsens virkemåte: Mode of operation of the invention:

Gimbalens 1 virkemåte forklares nærmere i det etterfølgende: Gimbalen 1 brukes, i kombinasjon med spideren 5 under installasjon eller fjerning av stigerøret 3 og ved avhengning generelt, hvor man ikke er koblet til brønnen i korte eller lengre perioder, for å tillate relativbevegelse mellom fartøyet 2 og stigerøret 3 uten å skape store ekstra momenter i stigerøret 3. The operation of the gimbal 1 is explained in more detail below: The gimbal 1 is used, in combination with the spider 5 during installation or removal of the riser 3 and when hanging in general, where one is not connected to the well for short or longer periods, to allow relative movement between the vessel 2 and the riser 3 without creating large additional moments in the riser 3.

Fleksibiliteten til gimbalen 1 vil utligne momenter i stigerøret 3 forårsaket av rull og pitch bevegelse på fartøyet 2 og besørge en liten vinkling av stigerøret 3 og derved minske risiko for utmatting. The flexibility of the gimbal 1 will compensate for moments in the riser 3 caused by roll and pitch movement of the vessel 2 and ensure a small angle of the riser 3 and thereby reduce the risk of fatigue.

Settet med hydrauliske jekker 16 er tilkoblet et styringssystem og kan, når jekkene 16 ikke er trykksatt, tillate at gimbalen 1 er helt fri til å vippe om sine to akser 20, 21. Jekkene 16 kan også gi gimbalen 1 en kontrollert stivhet som kan økes fra tilnærmet lik null til at gimbalen 1 er helt innspent. Dette gjøres ved å øke det hydrauliske trykket i jekkene 16. The set of hydraulic jacks 16 is connected to a control system and can, when the jacks 16 are not pressurized, allow the gimbal 1 to be completely free to tilt about its two axes 20, 21. The jacks 16 can also give the gimbal 1 a controlled stiffness that can be increased from approximately equal to zero until the gimbal 1 is fully clamped. This is done by increasing the hydraulic pressure in the jacks 16.

Når jekkene er koblet til en gassakkumulator, kan gassen i akkumulatoren virke som en fjær. When the jacks are connected to a gas accumulator, the gas in the accumulator can act as a spring.

Ved kjøring av stigerøret 1 gir dette også store fordeler siden gimbalen 1 kan låses en kort stund, ved å stenge for utslipp av hydraulikkvæske fra jekkene 16, for å koble til et nytt stigerørelement 3 til eller fra. Under denne operasjonen er det ikke ønskelig at stigerøret 3 beveger seg. When driving the riser 1, this also gives great advantages since the gimbal 1 can be locked for a short time, by closing off the discharge of hydraulic fluid from the jacks 16, to connect a new riser element 3 on or off. During this operation, it is not desirable that the riser 3 moves.

Gimbalens 1 fleksibilitet oppnås ved at topplaten 12 vipper om en første horisontalakse 21 i forhold til gimbalens 1 mellomplate 13, på samme måte vipper mellomplaten 13 om en andre horisontal midtakse 20 i forhold til bunnplaten 14. De to aksene ligger vinkelrett på hverandre slik at gimbalen 1 kan vippe om de to midtaksene 20, 21 i horisontalretningen, men også om en hvilken som helst horisontal akse. The flexibility of the gimbal 1 is achieved by the fact that the top plate 12 tilts about a first horizontal axis 21 in relation to the middle plate 13 of the gimbal 1, in the same way the middle plate 13 tilts about a second horizontal central axis 20 in relation to the bottom plate 14. The two axes are perpendicular to each other so that the gimbal 1 can tilt about the two central axes 20, 21 in the horizontal direction, but also about any horizontal axis.

Claims

1. A flexible suspension for counteracting torque forces on a riser (3) comprising a gimbal (1) and a jack system (16), said gimbal (1) comprising a top plate (12) hinged to a center plate (13) and center plate (13) ) hinged to a bottom plate (14) characterized in that said jack system (16) is arranged between said top plate (12) and bottom plate (14) and arranged to adjust the stiffness of the gimbal (1), said jack system (16) is firmly connected to the bottom plate (14) and abuts the top plate (12) without being attached to it.

2. A flexible suspension according to claim 1, characterized in that the top plate (12) and the middle plate (13) are arranged to tilt about a respective horizontal central axis (21).

3. A flexible suspension according to claims 1-2, characterized in that the tilting axis (21) of the top plate (12) is perpendicular to the tilting axis (20) of the middle plate (13).

4. A flexible suspension according to claims 1-3, characterized in that the tilting axes (20, 21) lie in the same horizontal plane.

5. A flexible suspension according to claims 1-4, characterized in that the gimbal (1) is arranged under a spider (5).

6. A flexible suspension according to claims 1-5, characterized in that the gimbal 1 has essentially the same dimensions as a rotary table and can replace this in the lower deck opening (4).

7. A flexible suspension according to claims 1-6, characterized in that the jacking system comprises hydraulic jacks (16) and that the hydraulic pressure is adjustable so that the gimbal's (1) stiffness can be adjusted from approximately freely rotatable to fully clamped.