NO342147B1 - Kompensjonsanordning for fartøybaserte vaieroperasjoner - Google Patents

Abstract

Kompensatorsystem som omfatter en inngangsblokkskive eller -rulle, og en kompenseringsblokkskive eller -rulle, en vaier eller et annet langstrakt element som skal kompenseres, der nevnte vaier eller avlange element blir innrettet til å forløpe mellom inngangsblokkskiven eller -rullen og den kompenserende blokkskiven eller rullen, der den kompenserende blokkskiven eller rullen generelt vil være lineært bevegelig på tvers av vaieren, for å kunne trekke en del av vaieren langs bevegelsesretningen for blokkskiven eller rullen, ved at i en første posisjon for kompenseringsblokkskiven eller -rullen vil vaieren forløpe i en rett linje gjennom kompensatorsystemet uten å være i inngrep med den kompenserende blokkskiven eller -rullen, slik at vaieren ikke behøver å tres gjennom systemet.

Description

KOMPENSASJONSANORDNING FOR FARTØYBASERTE WIRELINE-OPERASJONER

Kjøring av vaieroperasjoner fra et flytende fartøy (skip, plattform, lekter og så videre) krever generelt at det blir kompensert for vertikale (hiv-) bevegelser for fartøyet, slik at vaieren mellom fartøyet og brønnhodet i det vesentlige vil være isolert fra hiv - amplituden som følger av bølgebevegelsen. Kompensasjon vil kunne oppnås ved bruk av en hiv - kompensert vinsj eller alternativt en ikke -kompensert vaiervinsj som arbeider via et separat kompensasjonssystem mellom vaiervinsjen og brønnhodet. Anordningen som beskrives her er av den siste typen.

Denne kompensasjonen vil vanligvis være nødvendig både ved operasjon av vaier i brønnen, og dessuten når den først kommer inn i verktøystrengen og inn i lubrikatoren / brønnhodet under operasjoner med (for eksempel) RLWI (Riserless Wireline Intervention; norsk: stigerørsfri vaierintervensjon). I tillegg til det ovennevnte, vil stablede komponenter for brønnhode, spesielt PCH (Pressure Contol Head, eller trykkreguleringshøyde) typisk være installerte og tatt vekk ved hjelp av en hiv - kompensert vaier. Avhengig av vekten for PCH, vil denne vaieren kunne være vaieren i seg selv, eller den vil kunne være en separat vaier. I tilfelle av en separat vaier, vil det være en fordel å synkronisere PCH - hivkompensering med den som er for vaieren pluss det tilhørende verktøyet eller selve verktøystrengen. Systemet som har blitt beskrevet vil kunne omfatte et iboende synkronisert system med løftevaier for håndtering av gjenstander så som PCH dersom dette er nødvendig.

I noen tilfeller kan tilgjengelige installasjonsplass for en fartøybasert anordning med vaierkompensering være liten. Av denne grunn vil anordningen som beskrives her være arrangert som en vertikal søyle for å minimere dens effektive fotavtrykk innenfor fartøyets vaieroperasjonsområde.

I mange tilfeller vil anordningen kunne bli pålagt å passe inn mellom dekkene, samtidig med at man fortsatt gir den nødvendige amplitude for hiv -kompensasjon. Anordningen vil derfor ha utførelsesformer som minimerer vertikale dimensjoner, samtidig med en maksimering av slaglengden for kompensasjonen.

Vaierens levetid vil bli redusert med de gjentatte bøyningssyklusene. Av denne grunn bør bøyningsradiusens (blokkskive / rulle) diameter maksimeres, og antallet individuelle ruller i kompenseringssystemet bør minimeres. Forskjellige utførelsesformer vil bli vist.

En konsekvens av å maksimere bøyeradiusen for vaieren vil være at blokkskivene eller rullene vil få større vinkeltreghet. Det totale antall blokkskiver / ruller i kontakt med vaieren vil kunne være være 2 eller 3, avhengig av oppsettet.

Inngangsskiven /-rullen har som funksjon å snu vaierens inngang fra horisontal til vertikal; de resterende 1 eller 2 skivene / rullene vil utgjør den kompenserende (utgangs-) delen av anordningen.

Skivene / rullene som er involvert i kompensasjonen vil være nødvendige for å akselerere og bremse ned i samsvar med hiv - bevegelsen. Det ville derfor være en fordel å ha en minste vinkeltreghet for å unngå å gli mellom skivene / rullene og vaieren. Eventuell tendens til å skli vil bli styrt av friksjonen mellom skive og vaier.

Følgende faktorer vil styre den tilgjengelige friksjonen:

1. Vaierens strekkspenning

2. Sporets geometri (skive)

3. Lengde på kontaktsektor

4. Overflateforurensning (smørevæske)

5. Vaier- (overflate) type (glatt, flettet, materiale, ruhet og så videre.)

En utførelsesform av anordningen, som har blitt beskrevet her, benytter aktivt drevne skiver / ruller, for å unngå glidning mellom blokkskive / rulle og vaieren. Det vil ofte være ønskelig (spesielt for vaieroperasjoner offshore) å minimere tiden på feltet. Evne til å kunne kjøre så mange parallelle operasjonssekvenser som mulig vil derfor være en fordel. Vanligvis vil dette føre til et krav om å ha en eller flere komplette vaierstrenger, inkludert PCH og verktøystreng rigget opp, testet og klargjort for å kjøre sammen med det aktive vaiersystemet.

I konvensjonelle systemer for hiv - kompensasjon, for å ha den komplette vaierstrengen rigget opp, testet og klargjort, vil det være nødvendig å ha vaieren tredd gjennom kompenseringsenheten. Dette innebærer et kompenseringssystem for den aktive vaieren, så vel som en kompenseringsenhet for hvert av de "klargjorte" parallelle vaiersystemene.

Så langt den foreliggende patentsøker vet, så finnes det ikke noen kompenseringssystemer som samtidig kan kompensere to ellers uavhengige vaiere i det samme kompenseringssystemet.

US 4285502 beskriver et system form har til hensikt å holde strekkraften i en kabel konstant, men det beskrives ikke noe egentlig hivkompenseringssystem.Den anordningen som har blitt beskrevet her vil ikke kreve at vaieren skal tres gjennom den. Den kan festes til en ferdig rigget og testet vaierstreng fra siden. Denne egenskapen gir anledning til at en enkelt kompensatorenhet vil kunne betjene flere kabler. Utførelsesformer av denne kompensasjonsanordningen har tilsvarende blokkskive- / rullesett på hver side av den vertikale maskinsøylen, som gir anledning til at kompensatorenheten kan få tilgang til kablene fra begge sider. I dette tilfelle vil begge sidene være mekanisk forbundet, og vil derfor bevege seg sammen; imidlertid vil vanligvis bare én side til enhver tid være i kontakt med en vaier.

Kompensatoranordningen vil kunne monteres på et sporsystem, et skidsystem eller en annen travers anordning for å gjøre det mulig med bevegelse mellom alternative vaierposisjoner.

Generelt oppsett:

Systemet benytter fortrinnsvis et 2 : 1 blokkskivesystem med en fast inngangsskive og en bevegelig kompensasjonsskive. Vaieren kan gå ut fra kompenseringsskiven og bli festet direkte til lasten, slik som er vist nedenfor.

Dette er den foretrukne løsningen, siden den reduserer vaierslitasje og -tretthet ved bare å ha to skiver og bare én reversering av bøyeretningen. Dette oppsettet vil bli brukt der kompensatorens utgang vil kunne plasseres direkte over lasten.

I de tilfeller hvor kompensatoren blir plassert i en avstand fra lasten vil en blokkskive kunne bli lagt til, slik som er vist nedenfor.

Den lasten som virker på kompenseringsskiven og dens tilhørende aktueringssystem er 2 x vaierens strekkspenning. Belastningen som en helhet, på kompensatorenheten, vil være resultanten av vaierens strekkspenning i inngangs- og utgangsretningene.

Kompensatorenheten vil derfor være konstruert for å kunne tåle de eksterne bøyningsbelastningene, så vel som de interne trykkbelastningene fra skivesystemet.

Kompenseringsprinsipp

Kompensatoren bruker et 2: 1 blokkskivesystem som virker direkte på vaieren. Kompensasjonsskiven har derfor en bevegelse på halvparten av den nødvendige hiv - amplituden.

For å kunne gi anledning til at kompensasjonsanordningen skal være så kompakt som mulig, vil det være ønskelig å ha den totale aksiale dimensjonen på anordningen så nær som mulig den nødvendige bevegelsen for den kompenserende blokkskiven.

Kompensering av aktuatorsystem

En rekke alternative løsninger er mulig for å drive den kompenserende blokkskiven gjennom den nødvendige bevegelsesavstanden. Den utførelsesformen som har blitt beskrevet her bruker et mekanisk slagmultiplikatorsystem, som innlemmer inngrepskomponenter for rullerpinjong, for å få et minimum av tilbakeslag og dermed en maksimal nøyaktighet.

Slaglengdemultiplikatoren vil være drevet av en lineær aktuator (elektrisk, pneumatisk, hydraulisk, elektromagnetisk eller annet). Prinsippet om en slaglengdemultiplikator, slik som har blitt beskrevet i denne utførelsesformen, vil kunne bli laget med et område av forholdstall for slaglengdemultiplikasjon. Det faktiske forholdstallet vil være avhengig av de relative diameterne for drevne og drivende pinjonger.

Slaglengde for aktueringen vil bli aktivt styrt for å kunne synkronisere med selve hiv - bevegelsen for fartøyet, slik som blir målt med instrumentering for bevegelse eller en relativ posisjonssensor.

Blokkskive / rullesystem

Beskrivelsen nedenfor vil kunne gjelde for kompensasjonsanordninger som bruker enten blokkskiver eller ruller. Rullerbaserte systemer vil kunne være egnet for kompensering av slanger, umbilical – ledninger eller lignende.

Inngangsblokkskiven blir ganske enkelt brukt til å avlede / lede vaieren mellom vinsjutgangen og aksen for kompensatorens slaglengde. Denne blokkskiven vil rotere når vaieren blir spolet på eller av vinsjen. Den vil ikke være involvert i kompensasjonen, og det vil derfor ikke være nødvendig å akselerere og bremse ned når kompensasjonsanordningen er i drift. Dette er en frigangs blokkskive.

Den kompenserende blokkskiven og utgangsblokkskiven (hvis brukt) roterer når vinsjen spoler vaieren inn eller ut. Den vil også akselerere og bremse ned når kompensasjonsanordningen er i drift.

Denne akselerasjonen og nedbremsingen gjør at det vil være ønskelig at den kompenserende blokkskiven har liten vinkeltreghet for å minimere enhver tendens til at vaieren kan gli mot blokkskiven.

En alternativ utførelsesform av blokkskiven innlemmer et roterende drivsystem for kompenseringsskiven og dessuten utgangsblokkskiven dersom den er montert. Drivsystemet vil aktivt rotere blokkskiven(e) i samsvar med slaglengdens bevegelse i kompenseringssystemet, for å minimere slipp mellom vaier og blokkskive.

Synkron kompensasjon av flere kabler

Kompenseringssystemet vil kunne operere på flere kabler, med armsystem som følger:

● blokkskiver på hver side av søylen som gir anledning til en samtidig, synkronisert kompensasjon av to kabler.

● blokkskiver på hver side av søylen som gir anledning til at maskinen vil kunne få tilgang til vaieren(e) fra forskjellige steder (ved sideveis bevegelse av kompensatoren på et travers system).

● multilag av blokkskiver, enten ved siden av, over eller under hverandre. Som et eksempel vil synkron kompensasjon kunne brukes under en RLWI (Riserless Well Intervention), ved landing eller fjerning en vaierverktøystreng sammen med en trykkreguleringshøyde ned til en smøringsenhet på et undervannsbrønnhode.

Trykkreguleringshøyde og verktøystreng vil da ha en synkronisert kompensasjon, men vil hver for seg kunne være i stand til å bevege seg uavhengig av hverandre ved differensiell bevegelse av den ene eller begge vinsjene på inngangssiden (vaier med vinsj og vaier for PCH-håndtering).

Formålene ovenfor oppnås ved et system ifølge de trekk som er angitt i det etterfølgende krav 1.

Ytterligere fordeler oppnås ved de trekk som er angitt i de etterfølgende uselvstendige krav.

Beskrivelse av figurene

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til utførelseseksempler vist i de medfølgende tegninger, der:

Figur 1 viser en første utførelsesform av oppfinnelsen i oppriss og i ikkeinngrepsposisjon,

Figur 2 viser utførelsesformen i figur 1 i inngrepsposisjon med et delvis utslag av kompensatoren,

Figur 3 viser utførelsesformen i figur 1 med fullt utslag av kompensatoren,

Figur 4 viser utførelsesformen i figur 1 i perspektiv,

Figur 5 viser utførelsesformen i figur 1 fra en annen side,

Figur 6 viser en andre og alternativ utførelsesform i oppriss og i ikkeinngrepsposisjon,

Figur 7 viser utførelsesformen i figur 6 i inngrepsposisjon med delvis utslag av kompensatoren.

Figur 8 viser utførelsesformen i figur 8 med fullt utslag av kompensatoren,

Figur 9 viser utførelsesformen i figur 6 i perspektiv,

Figur 10 viser utførelsesformen i figur 6 i perspektiv og fra en annen vinkel,

Figur 11 viser en tredje utførelsesform av kompensatoren i oppriss,

Figur 12 viser en fjerde utførelsesform av kompensatoren i oppriss,

Figur 14 viser det hydrauliske aktuatorsystemet i figur 13 i snitt,

Figur 15 viser et annet snitt gjennom aktuatorsystemet i figur 13 og

Figur 16 er et prspektivriss av utførelsesformen i figur 13.

Figurene 1- 5 viser, i sin enkleste form, kompensatoren i henhold til oppfinnelsen.

I henhold til figur 1 vil den omfatte en søyle 1 som inneholder en hydraulisk sylinder (ikke synlig). En kompensasjonsblokkskive 2 er koblet til sylinderen. Den omfatter også en inngangsblokkskive 3 og en valgfri utgangsskive 4.

Søylen 1 er festet til en arm 5 via et hengsel 6. Dermed vil søylen kunne beveges i horisontalplanet. Den horisontale bevegelsen av søylen vil være innrettet til å bringe hiv - kompensatoren inn i og ut av sin linjeoppstilling med vaier 7 for et vaierverktøy, eller en annen type vaier, som har behov for hiv -kompensasjon.

I posisjonen av figur 1, vil kompensatorens blokkskive 2 være i den aller nederste posisjonen, som gir anledning for vaieren å kunne passere mellom blokkskivene 2, 3, 4 i en rett linje uten å være i inngrep med sporene i blokkskivene, men som samtidig vil være i linjeoppstilling med sporene på blokkskivene. Dette gjør det mulig å kunne sette opp vaierverktøyet fullstendig før den blir koblet til hiv - kompensatoren.

I figur 2 har kompensatorens blokkskive blitt flyttet oppover ved aktuering av den hydrauliske sylinderen. Den har fanget opp vaieren og løftet opp den delen av vaieren som forløper mellom inngangs- og utgangsblokkskivene.

I figur 3 har kompensatorens blokkskive blitt løftet opp til toppen av søylen. Avstanden mellom posisjonene i figur 1 og 3 vil være det maksimale omfanget for kompensasjon med kompensatoren.

Figurene 4 og 5 viser anordningen i perspektiv. Det vil kunne ses at kompensatoranordningen har et par inngangsblokkskiver 3a, 3b, et par kompensasjonsblokkskiver (bare én 2a er vist) og et par utgangsblokkskiver 4a, 4b. Dette gir anledning til å kompensere for to kabler, eller en vaier og en slange, samtidig og i synkronitet. Den ene vaieren vil kunne festes til en trykkreguleringshøyde og den andre til et vaierverktøy. Dermed vil de to anordningene kunne senkes ned på brønnhodet på havbunnen uten noen eventuell relativ bevegelse mellom dem.

Figurene 6 - 10 viser en alternativ utførelsesform. Den er tilsvarende utførelsesformen av figurene 1 - 5, men har et ekstra sett med inngangsblokkskiver, et ekstra sett med kompensasjonsblokkskiver 8a (bare én har blitt vist) og et par hjelpevinsjer 10a, 10b. Dermed vil én eller to ekstra kabler kunne bli kompensert. På grunn av hjelpevinsjene, vil de ekstra kablene kunne spoles inn og ut, uavhengig av de første kablene, til tross for at de er synkront kompenserte.

Kompensatoranordningen vil også kunne være montert i spor 11 over arbeidsområdet, slik som vist i figur 11. Den vil også kunne være montert i spor 12, på gulvet i arbeidsområdet, slik som har blitt vist i figur 12.

Figurene 13 - 16 viser det hydrauliske aktuatorsystemet i henhold til oppfinnelsen. Kompensasjonsblokkskiven er festet til en tannhjuls- / blokkskivebærer 13, som er bevegelig anordnet med kompensatorhuset 22. Kompensatorhuset 22 er en rektangulær boks med en spalte 19 på hver side. Bæreren 13 bærer et par doble tannhjul 15. Imidlertid vil et enkelt dobbelttannhjul 15 også kunne benyttes. Disse tannhjulene 15 vil kunne være tannhjul med tenner eller tannhjul med ruller. De vil ha et første tannhjul med en stor diameter og et andre tannhjul 21 med en mindre diameter.

Diameterforholdet vil fortrinnsvis være 2 : 1, men vil kunne variere avhengig av den tilgjengelige plassen. Den større tannhjulsdiameteren vil komme i inngrep med sideveggen på kompensatorhuset 22 og den mindre tannhjulsdiameteren vil komme i inngrep med en dobbeltstativs ramme 14. En drivsylinder 16 vil være festet til huset 22. En stempelstang 17, med et stempel 18, vil være plassert inne i sylinderen 16. Den utvendige enden av stempelstangen vil være festet til rammen 14.

Når et hydraulisk trykk blir påført inne i sylinderen 16 under stempelet 18, vil stempelstangen 17 bli presset oppover og får rammen 14 med, slik at rammen vil komme i inngrep med de doble tannhjulene 15. Rammen 14 vil forsøke å vende tannhjulene 15. Siden rammen er i inngrep med den mindre tannhjulsdiameteren 21 og huset er i inngrep med den større tannhjulsdiameteren 20, vil det dreiemomentet som påføres tannhjulet 15 fra huset være det største, og av denne grunn vil tannhjulene 15 begynne å klatre oppover inne i huset 22. De vil også begynne å klatre oppover rammen 14. Dersom diameterforholdet er 2: 1, vil oppstigningen av tannhjulene 15, i forhold til rammen, være halvparten av hastigheten for oppstigningen av tannhjulene 15, i forhold til huset. Dersom tallforholdet er, for eksempel, 5 : 3 vil den relative hastigheten på oppstigningen for huset være tre ganger oppstigningen for rammen.

Alternativt vil en teleskopisk sylinder kunne benyttes, noe som vil gjøre sylinderen svært kompakt i tilbaketrukket tilstand.

I stedet for en hydraulisk sylinder, vil aktuatoren kunne være pneumatisk, elektrisk eller en hvilken som helst annen passende lineær aktuator.

Kompensatorens blokkskive vil kunne være aktivt drevet med hovedsakelig den samme omkretshastigheten som vaieren, for å hindre glidning av vaieren i forhold til blokkskiven. Dermed vil det kunne sikres at vaieren ikke beveger seg i forhold til skiven. Dette er spesielt nyttig dersom friksjonen mellom vaier og blokkskive er liten. Noen utgangsblokkskiver vil også kunne være aktivt drevet.

For å beskytte personell mot skade vil en vernestruktur kunne settes opp rundt søylen 1, med slisser for å kunne tillate passasje av vaieren 7.