NO337986B1 - Spennkabel for offshore plattform - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en spennkabel, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 1.

Bakgrunn

En type offshore bore- og produksjonsplattform, vanligvis kalt en TLP, benytter spennkabler for å støtte plattformen. Spennkablene har nedre ender som er forbundet til forankringer på havbunnen. De øvre endene er forbundet til toppkoblinger på plattformen. Plattformen er deballastert etter forbindelse med toppkoblingen, og setter dermed spennkablene i spenn.

En type spennkabler omfatter rørformete stålrørdeler festet sammen med sveiser eller mekaniske forbindelser. Røret har et hult indre som er forseglet fra sjøvann for å gi oppdrift. Det kan være plassert skillevegger i det indre, som dermed deler det hule indre i ulike kammer som er forseglet fra hverandre. US patent 6,851,894 omtaler rørformete deler som har tre ulike veggtykkelser. Den øvre seksjonen har større diameter men mindre veggtykkelse enn en mellomliggende seksjon, og den mellomliggende seksjonen har en større diameter men mindre veggtykkelse enn den nedre seksjonen. Tette skillevegger er ikke omtalt i dette patentet.

En annen type tau eller spennkabel er en fast kabel, fortrinnsvis dannet av komposittfiber, så som karbonfiber. Vanligvis har en komposittspennkabel en elastomerisk kappe som omslutter flere bunter av fiber. Et avstandsstykke eller en fyllmasse fyller det indre rommet som omgir fibrene. Stålkoblinger er plassert på endene av de ulike stengene eller seksjonene av komposittspennkabel for å forbinde seksjonene til hverandre.

Komposittfiberspennkabler er vanligvis mindre i diameter enn rørformete spennkabler av stål, og veier mindre. De har imidlertid mindre oppdrift, så som å være rundt 0,85 hvor 1,00, er antatt å være naturlig. Med fast indre, er kompositt-fiber-spennkabler i stand til å motstå høye hydrostatiske trykk. Mangelen på oppdrift begrenser imidlertid nyttigheten av komposittfiberspennkabler på svært dypt vann, fordi en større hylse med større flyteevne er påkrevd for TLP. Tretthet i den øvre delen av en komposittfiberspennkabel kan også være en bekymring på grunn av de høye bøyemomentene forårsaket av TLP-sidebevegelse.

Ettersom TLP-plattformer er plassert på dype vann, blir framskaffelse av rørformete spennkabler av stål som kan motstå det hydrostatiske trykket, et problem med økende vanskelighetsgrad. Komposittfiberspennkabler har en fordel ved å være i stand til å motstå svært høyt hydrostatisk trykk, men de er tunge i vann på grunn av den manglende oppdriften.

US H1246H beskriver en flytende kabelforbindelse 14. Den flytende kabelforbindelsen 14 inkluderer en eller flere kabler (se kolonne 3, linje 14-21; kolonne 4, linje 12-18). Kablene 38 koplet til en kabelsokkel 34 med et hulrom 35 fylt med en polymer (se kolonne 3, linje 60-68).

WO 1988/39513 A1 beskriver et spennorgan for bruk som en spennkabel for en strekkforankret plattform. Trykkbestandige avstandsorgan 7 er arrangert inne i en mantel 16 som omslutter fiberbunter 5, 6, der buntene er innbyrdes distansert og innbyrdes bevegbare. Hensikten er å beskytte karbonfibre i en spennkabel mot skjærbelastning.

US patentskrift 4,626,136 A beskriver et trykkbalansert oppdriftssystem egnet til å redusere belastningen på en strekkforankret offshoreplattform der spennkabler forankrer plattformen til havbunnen. Spennkablene omfatter et rør med et hult indre med skillevegger 25 som deler hulrommet inn i atskilte kamre 31. Ventil 34 tillater fluidkommunikasjon mellom respektive kamre 31. En kompressor 46 er arrangert for å tilføre trykk til det nederste kammeret 31 via en gassinjeksjonsport 42. Et sentralt rør 62 er arrangert inne i spennkabelen og rager langs dets lengde. Det sentrale røret 62 er arrangert for å tilføre ballastvann til kamrene 31.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen framgår av den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de uselvstendige kravene.

En spennkabel i samsvar med foreliggende oppfinnelse inkluderer en streng av rørformete deler som er sikret til hverandre. De rørformete delene har indre rom som er forseglet fra sjøvann for å gi oppdrift. En fast kabelseksjon er festet til en nedre ende av strengen. Kabelseksjonen har mindre oppdrift per fot og mindre vekt enn de rørformete delene. Oppdriften av de rørformete delene er tilstrekkelig til å gi en total oppdrift for en spennkabel, som stort sett er naturlig eller svakt positiv.

Kabelseksjonen omfatter fortrinnsvis en komposittfiberdel som består av bunter av ikke-metalliske fiber. En elastomerisk kappe omslutter buntene og et ikke-metallisk avstandsstykke omgir buntene inne i kappen og gir et fast indre.

Fortrinnsvis omfatter strengen av rørformete deler en øvre del som har en større ytre diameter og mindre veggtykkelse enn en nedre del. Tette skillevegger er fordelt ved intervall og plassert inne i det indre av strengen av rørformete deler, for å gi separate kammer som er tettet fra hverandre.

Figur 1 er et høyderiss av en flytende plattform som har spennkabler utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse,

figur 2 viser et forstørret lengderiss av en av spennkablene i figur 1,

figur 3 viser et tverrsnitt av en komposittdel av spennkabelen i figur 2, tatt langs linja 3-3,

figur 4 viser et tverrsnitt av en rørformet ståldel av spennkabelen i figur 2, tatt langs linjen 4-4 i figur 2, og

figur 5 viser et skjematisk lengdesnitt av spennkabelen i figur 2.

Med henvisning til figur 1, kan flytende plattform 11 være av en rekke konfigurasjoner og typer. I denne utførelsen er plattform 11 en strekkforankret plattform med en rekke pilarer/forankringer 13. I denne utførelsen er det fire vertikale pilarer 13, en i hvert hjørne, men ulike antall kunne vært benyttet, så som tre pilarer. Horisontale seksjoner 15 strekker seg mellom pilarene 13 i denne utførelsen. Pilarene 13 og de horisontale seksjonene 15 er hule for å gi oppdrift og er utformet for å kunne ballasteres selektivt med sjøvann. Plattform 11 har ett eller flere dekk 17 for å støtte en rekke utstyr for offshore boring og produksjon.

I hvert hjørne av plattform 11 er det montert øvre spennkabelstøtter 19. I denne utførelsen er hver øvre spennkabelstøtte 19 plassert på én ende av en av de horisontale seksjonene 15. Vanligvis er to spennkabler støttet ved hver spennkabelstøtte 19, en plattform 11 med fire hjørner vil derfor ha åtte forskjellige spennkabler 21. Den nedre enden av hver spennkabel 21 er sikret til en forankring 23. Det er vist et stigerør som strekker seg fra brønnhodesammenstilling 27 til plattformdekk 17. Stigerør 25 kan være et borestigerør gjennom hvilket det rager en borestang for å bore en brønn. Stigerør 25 kan også være et produksjonsstigerør. I så tilfelle kan et juletre (ikke vist) være plassert ved den øvre enden av stigerør 25 for å kontrollere brønnfluidet som strømmer opp av stigerør 25. Dersom overflatejuletre benyttes, vil et antall produksjonsstigerør 25 strekke seg parallelt med hverandre fra havbunnen til plattformen 11, hvert stigerør vil være forbundet til ulike borehoder. Alternativt kan undervannstre benyttes.

Med henvisning til figur 2, har hver spennkabel 21 en øvre ende 29. Øvre ende 29 er vanligvis en rørformet del med periferiske fordypninger 31 på dens ytre. En toppkobling 33 griper inn i fordypningene 31 for å holde strekk i spennkabelen 21. Toppkobling 33 kan ha av en rekke konvensjonelle utforminger. Hver spennkabel 21 har en øvre del 35 som er en rørformet ståldel, som vist i figur 4. I denne utførelsen forbinder en adapter 39 øvre del 35 av spennkabelen til en mellomliggende seksjon 37 av spennkabelen. Mellomliggende seksjon er også en rørformet ståldel, men har mindre ytre diameter enn øvre seksjon 35. Imidlertid er veggtykkelsen av den mellomliggende seksjonen 37 større enn veggtykkelsen av den øvre seksjonen. Arealet av tverrsnittet gjennom en øvre seksjon 35 er fortrinnsvis hovedsakelig likt med arealet av et tverrsnitt gjennom mellomliggende seksjon 37, for å gi uniform resistens overfor strekkstress gjennom lengden av øvre og mellomliggende del 35, 37 av spennkabel 21. Øvre seksjon 35 og nedre seksjon 37 omfatter fortrinnsvis rørdeler som er sikret til hverandre, så som ved gjengete ender. Rørdelene er vanligvis 60 til 80 fot lange.

Den mindre ytre diameteren og tykkere veggseksjonen av den mellomliggende seksjonen 37 fremmer evnen den mellomliggende seksjonen 37 har til å motstå det hydrostatiske trykket, som er større enn det hydrostatiske trykket som påvirker den øvre seksjonen 35. Den større ytre diameteren i den øvre seksjonen 35 øker oppdriften av spennkabel 21. Økt oppdrift hjelper til å støtte den totale vekten av spennkabelen 21, og tillater redusert størrelse av plattform 11. Lengdene av de øvre og mellomliggende seksjonene 35, 37 er valgt for å optimalisere oppdriften samtidig som nødvendig styrke for å motstå hydrostatisk trykk opprettholdes. Alternativt kan om ønskelig øvre 35 og mellomliggende seksjon 37 av spennkabelen omfatte en enkelt seksjon med identisk diameter og veggtykkelse.

For å redusere konsekvensene av overfylling av den øvre 35 og den mellomliggende seksjonen 37 av spennkabelen, er et antall skillevegger 41 montert i spennkabel seksjonene 35 og 37. Skilleveggene 41 danner tette kammer slik at en lekkasje ved hvilket som helst punkt langs lengden av den øvre seksjonen 35 og den mellomliggende seksjonen 37 bare vil strømme inn i ett kammer. De gjenværende tette kamrene vil opprettholde tilstrekkelig oppdrift til å støtte vekten av spennkabelen 21. Skillevegger 41 kan plasseres i samsvar med designerens valg. De kan plasseres i hver ende av hver rørdel i øvre og mellomliggende seksjon 35, 37. Alternativt kan de plasseres ved valgte intervall. Skillevegger 41 kan sikres på en rekke måter og er fortrinnsvis sikret ved sveising.

Som vist i figur 2, strekker en nedre seksjon 43 av spennkabelen seg fra en adapter 45 ved en mellomliggende seksjon 37 av spennkabelen, til en bunnkopling 47 som stikker inn i og forbinder med forankring 23. Som vist i figur 3 og 5, er ikke nedre seksjon 43 av spennkabelen en hul rørformet del, men heller en fast kabel av komposittfiber. Sammen-setningen av nedre del 43 kan variere og kan settes sammen på samme måte som en konvensjonell spennkabel av komposittfiber. Den nedre delen 43 av spennkabelen er flertall parallelle fiber 49, som trekker seg i lengderetningen, av et ikke-metallisk materiale med høy strekkfasthet, slik som karbonfiber. Fiber 49 er typisk lokalisert i bunter atskilt av en fyller eller avstandsstykke 51. Avstandsstykke 51 fyller mellomrom mellom bunter av fiber 49 og kan være av et epoksypolymerisk materiale. En elastomerisk mantel 53 omslutter typisk buntene av fiber 49 og avstandsstykke 51. Den nedre seksjonen 43 av spennkabelen er fortrinnsvis laget av et flertall atskilte seksjoner som er festet sammen. Midlene for å sammenkople de atskilte seksjonene av nedre spennkabelseksjon 43 kan være de samme som brukes konvensjonelt med spennkabler av komposittfiber.

Ettersom den er av en komposittfiberkonstruksjon, er nedre spennkabelseksjon 43 lettere per fot enn mellomliggende eller øvre seksjon 37, 35. Fordi nedre seksjon 43 av spennkabelen ikke er hul, gir den imidlertid ikke så mye oppdrift som mellomliggende og øvre seksjon 37, 35. Oppdriften av nedre spennkabel seksjon 43 i seg selv kan bare være rundt 85 %. Lengdene av den mellomliggende og øvre seksjonen 37, 35 er valgt for å gi tilstrekkelig oppdrift, slik at spennkabelen 21 totalt har omtrent en nøytral eller svakt positiv oppdrift. Ett eksempel har en oppdrift mellom 0,95 og 0,97, som er svak negativ, men kan anses som hovedsakelig nøytral. Den nøytrale til svakt positive oppdriften unngår at noen deler av spennkabelen 21 blir komprimert før den festes til plattform 11. Oppdriften av spennkablene 21 tillater dessuten plattform 11 å plassere spennkabler 21 i strekk under deballastering uten at den først må løfte en betydelig vekt av spennkablene 21.

Spennkabler 21 er installert og plattform 11 tatt i bruk på et sted på samme måte som ved bruk av konvensjonelle spennkabler. Spennkabler 21 senkes ned i havet og de nedre endene låses til bunnforbindelsene 45. Spennkabler 21 er selvbærende og gjør at plattform 11 kan beveges over spennkabler 21. Pilarer 13 og horisontale seksjoner 15 blir deretter ballastert inntil øvre ender 29 er festet til toppkoblingene 33. Deretter blir pilarer 13 og horisontale seksjoner 15 deballastert og gjør at plattform 11 stiger og påfører ønsket spenn på spennkablene 21.

Oppfinnelsen har betydelige fordeler. Hybridspennkabelen utnytter fordelene med rørformete spennkabler av stål og spennkabler av komposittfiber. Det faste indre av komposittfiberseksjonene tillater at spennkablene kan benyttes på svært dypt vann. Oppdriften av rørformete stålseksjoner gir en totalt sett egnet oppdrift, så som nært nøytralt. Dessuten kan stålrørseksjonen bedre motstå de store bøyemomentene som kan forekomme i nærheten av den øvre enden av spennkabelen.

Mens oppfinnelsen er vist i bare en av dens former, bør det være opplagt for fagpersoner at den ikke er slik begrenset men er mottakelig for ulike endringer uten å vike fra ramma av oppfinnelsen. For eksempel må ikke den faste kabelseksjonen av spennkabelen strekke seg helt til forankring, men heller kan rørformete ståldeler med oppdrift festes både ovenfor og nedenfor den faste kabelseksjonen.

Claims (9)

1. Spennkabel (21) for å sikre en offshore plattform (11) til en forankring, omfattende- en streng av rørformete deler (35, 37) festet til hverandre, de rørformete delene (35, 37) har et hult indre som er tettet i forhold til sjøvann for å gi oppdrift, og - en fast kabelseksjon (43) som er sikret til en nedre ende av strengen av rørformede deler (35, 37),karakterisert vedat den faste kabelseksjonen (43) omfatter: et flertall bunter av ikke-metalliske fibre (49); en elastomerisk mantel som omslutter buntene (53); og et ikke-metallisk avstandsorgan som omgir buntene inne i mantelen (51).

2. Spennkabel i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den faste kabelseksjonen (43) har mindre oppdrift per fot og en lettere vekt enn strengen av de rørformete delene (35, 37).

3. Spennkabel i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den totale oppdriften av spennkabelen (21) er i området fra vesentlig nøytral til svakt positiv.

4. Spennkabel i samsvar med krav 1,karakterisert vedat strengen av rørformete deler (35, 37) omfatter: - en første del (35) som har større ytre diameter og mindre veggtykkelse enn en andre del (37), hvor den andre delen (37) er plassert nedenfor den første delen (35).

5. Spennkabel i samsvar med krav 1,karakterisert vedat strengen av rørformete deler (35, 37) omfatter: - en første del (35) som har en større ytre diameter og en mindre veggtykkelse enn en andre del (37), den andre delen (37) er plassert nedenfor den første delen (35); og - et antall tette skillevegger (41) plassert inne i det indre av strengen av rørformete deler (35, 37), som gir separate kammer forseglet fra hverandre.

6. Spennkabel i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den videre omfatter: - en øvre kobling (29) på en øvre ende av spennkabelen (21), den øvre koblingen (29) har ytre fordypninger (31) for inngrep med et topp-forbindelsesledd (33) på en offshoreplattform (11); og - en bunnkobling (47) på en nedre ende av spennkabelen (21) for forbindelse til en forankring (23).

7. Spennkabel i samsvar med krav 6,karakterisert vedat den faste kabelseksjonen (43) veier mindre og har mindre oppdrift per fot enn strengen med de rørformede delene (35, 37).

8. Spennkabel i samsvar med krav 6,karakterisert vedat den faste kabelseksjonen (43) har mindre oppdrift per fot enn den strengen med de rørformete delene (35, 37), og at oppdriften av strengen med de rørformete delene (35, 37) er valgt for å gi en total oppdrift for spennkabelen (21) som hovedsakelig er i området fra 0,95 til 0,97.

9. Spennkabel i samsvar med krav 6,karakterisert vedat strengen med de rørformete delene (35, 37) omfatter: - en første del (35) som har en større ytre diameter og en mindre veggtykkelse enn en andre del (37), den andre delen (37) er plassert nedenfor den første delen (35); og - et antall tette skillevegger (41) som er plassert inne i det indre av den første og andre delen (35, 37), og som gir separate kammer som er forseglet i forhold til hverandre.