NO340413B1 - Kraft-umbilikal - Google Patents

Description

Kraftumbilikal

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kraftumbilikal for overføring av store mengder elektrisk kraft, fluider og elektrisk strøm/signaler fra havoverflaten til utstyr plassert på sjøbunnen, spesielt på større havdyp, omfattende et antall kraftførende kabler, rørledninger og elektriske ledere/ledninger samlet i en bunt, et fyllmateriale som ligger i det minste delvis omkring og mellom rørledningene, kablene og lederne/ledningene, og en beskyttende kappe som omgir rørledningene, kablene, lederne/ledningene og fyllmaterialet.

Det har etter hvert blitt mer vanlig å plassere produksjonsutstyret for olje og gassbrønner på havbunnen. For drift av dette behøver man tilførsel av elektrisk kraft, ikke bare elektriske ledere til styringsfunksjoner, men også grove kabler til transport av elektrisk kraft til elektrisk drevent utstyr så som store pumpestasjoner som besørger fremføring av utvunnet olje og/eller gass.

Disse grove elektriske kabler, normalt fremstilt av koppertråd, blir nå integrert i den mer tradisjonelle umbilikal, som igjen er i stadig utvikling og endrer oppbygning og funksjoner ut i fra aktuelle behov. Disse grove elektriske kabler med betydelig tverrsnittsareal tilfører umbilikalen betydelig mervekt på grunn av kopperets egenvekt. Når man vet at kopperet har svært dårlig lastbærende evne vil det være svært begrenset havdybde som umbilikalen kan anvendes med sin tradisjonelle oppbygning.

De tradisjonelle umbilikaler av denne type er oppbygd som en sammensatt konstruksjon som er i stand til å overføre hydraulisk væske, kjemikalier, fluider, elektriske og optiske signaler og elektrisk kraft mellom utstyr på havbunnen og på havoverflaten. En tidlig versjon av slike umbilikaler er kjent fra WO 93/17176. Typisk for denne er at det meste av lastbæringen skjedde i et sentralt beliggende rør av vesentlige dimensjoner. Ytterligere eksempler på teknikkens stand er vist i GB 2 326 177 A og GB 2 326 758 A, samtlige med samme innehaver som den foreliggende oppfinnelse. En elektrisk kabel er også kjent fra GB 2 258 940 A.

Det skal forstås at det i den foreliggende beskrivelse og patentkrav gjøres en klar distinksjon mellom elektrisk kabel, dvs. den grove med stort tverrsnittsareal, og elektrisk leder eller ledning, dvs. den tynne med lite kvadrat. Hver elektrisk kabel kan overføre store mengder elektrisk kraft, mens de elektriske ledere eller ledninger benyttes til overføring av små strømmengder og til styringssignaler.

Umiddelbart kan det synes som om stålwire skulle kunne benyttes som lastbærende elementer. Men dette løser ikke problemet i vesentlig grad. Stålwire tilfører også betydelig vekt og i kombinasjon med de tunge kobberledere når man ikke store dybder før kraftumbilikalen oppnår flytespenninger og slites av på grunn av sin egen tyngde.

Det har vært lagt betydelige krefter og ressurser i å forsøke å finne en løsning på hvordan man skal kunne transportere store mengder elektrisk kraft ned til sjøbunnen ved større havdyp, så som 1500 meter og dypere.

Dette har man nå løst ved å kombinere en teknikk som er utviklet av søkeren til den foreliggende oppfinnelse, nemlig den teknikk som brukes for strekkstag til flytende plattformer. Se for eksempel WO 02/057560 A1.

Således er det i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilveiebrakt en kraftumbilikal av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at kraftumbilikalen omfatter separate lastbærende elementer, hvilke lastbærende elementer er stenger av komposittmateriale. Stengene av komposittmateriale kan med fordel være karbonstaver med innleirete styrkefibere. Stengene kan enten samles i bunter eller opptre enkeltvis eller en kombinasjon av dette.

Komposittmateriale har den gode egenskap at det har like stor lastbærende kapasitet som stål, samtidig som vekten er redusert til om lag 10 % av stål. De lastbærende elementer bidrar altså ikke vesentlig til kraftumbilikalens totalvekt som derved gir mulighet for å benytte kraftumbilikalen på store havdyp. Man kan gå så mye dypere som vektreduksjonen tilsier.

Man ser for seg bruk av stenger av komposittmaterialer også til den tradisjonelle umbilikal, selv om oppfinnelsen ble unnfanget med tanke på at umbilikalen skal være i form av en kraftkabel beregnet på overføring av betydelige mengder elektrisk kraft. Dette er omhandlet i samtidig inngitt patentsøknad med internasjonalt søknadsnummer PCT/NO2005/000215.

Fyllmaterialet, rørledningene, kablene og lederne/ledningene kan i en utførelse være lagt i en spiralform om umbilikalens lengdeakse.

I en andre utførelse kan fyllmaterialet, rørledningene, kablene og lederne/ledningene være lagt i en hovedsakelig rettlinjet form uten vesentlig snoing.

Umbilikalens lastbærende elementer kan være samlet i en tvunnet eller snodd bunt som ligger sentralt som et kjerneelement i umbilikalen.

Umbilikalens lastbærende elementer kan som et alternativ være fordelt på et antall bunter som ligger perifert i forhold til umbilikalens lengdeakse.

Umbilikalen kan også som et alternativ innbefatte vekte lem enter for å tilføre umbilikalen masse/vekt, enten i hele sin lengde eller på visse strekk. Vektelementer vil bli brukt i de tilfeller hvor umbilikalen viser tendens til å ville flyte opp slik som i grunne farvann.

Fyllmaterialet, rørledningene, kablene og lederne/ledningene kan legges i flere lag sett i radiell retning.

I enkelte utførelser kan kraftkablene være samlet gruppevis i tverrsnittet.

De lastbærende elementer kan i en utførelse bestå av enkeltstaver som er fordelt rundt i tverrsnittet, eventuelt at noen ligger inntil hverandre uten å være samlet i en bunt.

Selv om ikke strengt tatt nødvendig, vil fyllmaterialet i en hensiktsmessig utførelse være i form av langstrakte kanalelementer som er i stand til i det minste delvis å omslutte respektive rørledninger, kabler og elektriske ledere/ledninger for å holde disse i posisjon i forhold til hverandre.

Andre og ytterlige formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av for tiden foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en første utførelse av en kraftumbilikal ifølge oppfinnelsen med det lastbærende element sentralt plassert, Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en andre utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom nok en utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen med flere lastbærende elementer perifert plassert, Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom nok en utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen med det lastbærende element sentralt plassert, Fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom nok en utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen med det lastbærende element sentralt plassert, Fig. 6 viser et tverrsnitt gjennom nok en utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen med det lastbærende element sentralt plassert, Fig. 7 viser et tverrsnitt gjennom nok en utførelse av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen der de lastbærende elementer består av et antall enkeltstaver som ikke er samlet i bunt, Fig. 8 viser et tverrsnitt gjennom en variant av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen uten de karakteristiske langstrakte kanalelementer, og Fig. 9-14 viser eksempler på forskjellige varianter av kraftumbilikalens tverrsnitt.

Det skal forstås at det er mulig med to varianter av umbilikaltverrsnittene vist i fig. 1-14 og som ikke fremgår av figurene, nemlig én der enkeltelementene i umbilikalen ligger med en viss slagningslengde om umbilikalens lengdeakse og en variant der enkeltelementene ligger mer eller mindre i rett linje i hovedsak parallelt med umbilikalens lengdeakse. For den detaljerte oppbygning av en tradisjonell umbilikal og hvordan den blir produsert vises det til tidligere nevnt WO 93/17176.

Kraftumbilikalen ifølge figur 1 er grunnleggende oppbygd av følgende elementer: lastbærende element 7 bestående av en bunt med stenger T av komposittmateriale, elektriske kraftkabler 5 av betydelig tverrsnitt, indre kanalelementer3', foreksempel av polyvinylklorid (PVC), elektriske ledere/ledninger 6, 6', fluidrør 4 som normalt er av stål, vektelementer 8, eller ytterligere styrkeelementer 8, for eksempel i form av ståltau og en ytre kappe 1, for eksempel av polyetylen (PE). Henvisningstallet 9' kan angi et friksjonsmateriale, så som en gummikappe, som ligger rundt det lastbærende element 7. Henvisningstallet 9 kan angi et rør med større diameter enn fluidrørene 4 slik som illustrert i figur 3. Henvisningstallet 10 representerer et fyllstoff forskjellig fra kanalelementene 3' og kan være et skumstoff eller liknende. I en praktisk utførelse er stengene T karbonstaver med innleirete styrkefibere. Diameteren på slike staver er i størrelsesorden 6mm uten at denne dimensjon skal anses som noen begrensning.

Kraftumbilikalen ifølge figur 2-6 er grunnleggende oppbygd av følgende elementer: lastbærende element 7 bestående av en bunt med stenger T av komposittmateriale, elektriske kraftkabler 5 av betydelig tverrsnitt, indre kanalelementer 3', midtre kanalelementer 3, ytre kanalelementer 2, elektriske ledere/ledninger 6, 6', fluidrør 4 som normalt er av stål, vektelementer 8, eller ytterligere styrkeelementer 8, for eksempel i form av ståltau og en ytre kappe 1. Henvisningstallet 9' kan angi et friksjonsmateriale, så som en gummikappe, som ligger rundt det lastbærende element 7.

Disse elementer gjenfinnes på de fleste figurer og blir betegnet med samme henvisningstall på de respektive figurer. Imidlertid skal det bemerkes at figur 4 og 5 mangler vektelementene/styrkeelementene 8 som er erstattet av PVC profiler 8'. Figur 6 har ett enkelt vektelement 8.

Figur 7 viser spesielt en variant med noe mindre totaltverrsnitt, men med kraftkablene 5 samlet sentralt omkring et enkelt lastbærende element 7 og et antall lastbærende elementer 7 i form av enkeltstaver spredt rundt kraftkablene 5. Inne i blant enkeltstavene kan det plasseres vektelementer 8, her typisk staver 8" av bly. Videre har den kanalelementer 2, 3 og en ytre kappe 1. Dette gir en kompakt kraftumbilikal som har mindre plassbehov. Figur 8 viser nok en spesiell variant av kraftumbilikalen der det ikke er benyttet kanalelementer, men et fyllstoff 10 så som et skumstoff. Ellers har den de øvrige elementer som beskrevet ovenfor, dog annerledes plassert i tverrsnittet. Figur 9-14 viser ytterligere varianter av kraftumbilikalen ifølge oppfinnelsen.

Figur 9 og 10 viser spesielt innlagte vektelementer 8 i form av blystaver 8".

Claims (11)

1. Kraftumbilikal for overføring av store mengder elektrisk kraft, fluider og elektrisk strøm/signaler fra havoverflaten til utstyr plassert på sjøbunnen, spesielt på større havdyp, omfattende et antall kraftførende kabler (5), rørledninger (4) og elektriske ledere/ledninger (6, 6') samlet i en bunt, et fyllmateriale (10, 2, 3, 3') som ligger i det minste delvis omkring og mellom rørledningene, kablene og lederne/ledningene, og en beskyttende kappe (1) som omgir rørledningene, kablene, lederne/ledningene og fyllmaterialet,karakterisert vedat kraftumbilikalen omfatter separate lastbærende elementer (7), hvilke lastbærende elementer er stenger (7') av komposittmateriale.

2. Kraftumbilikal som angitt i krav 1,karakterisert vedat stengene (7') av komposittmateriale er karbonstaver med innleirete styrkefibere.

3. Kraftumbilikal som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat fyllmaterialet (10, 2, 3, 3'), rørledningene (4), kablene (5) og lederne/ledningene (6, 6') er lagt i en spiralform om kraftumbilikalens lengdeakse.

4. Kraftumbilikal som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat fyllmaterialet (10, 2, 3, 3'), rørledningene (4), kablene (5) og lederne/ledningene (6, 6') er lagt i en rettlinjet form uten snoing.

5. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-4,karakterisert vedat kraftumbilikalens lastbærende elementer (7) er samlet i en bunt som ligger sentralt som et kjerneelement inne i kraftumbilikalen.

6. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-4,karakterisert vedat kraftumbilikalens lastbærende elementer (7) er fordelt på et antall bunter som ligger perifert i forhold til kraftumbilikalens lengdeakse.

7. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-4,karakterisert vedat de lastbærende elementer (7) er enkeltstaver (7') fordelt rundt i tverrsnittet.

8. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-7,karakterisert vedat kraftumbilikalen innbefatter vektelementer (8, 8") for å tilføre kraftumbilikalen masse/vekt.

9. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-8,karakterisert vedat fyllmaterialet, rørledningene, kablene og lederne/ledningene er lagt i flere lag sett i radiell retning.

10. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-9,karakterisert vedat kraftkablene (5) er samlet gruppevis i tverrsnittet.

11. Kraftumbilikal som angitt i ett av kravene 1-10,karakterisert vedat fyllmaterialet er i form av langstrakte kanalelementer (2, 3, 3') som er i stand til i det minste delvis å omslutte respektive rørledninger (4), kabler (5) og elektriske ledere/ledninger (6, 6') for å holde disse i posisjon i forhold til hverandre.