NO342238B1 - Apparat og framgangsmåte for å redusere støt i en strekkanordning - Google Patents

Abstract

Et stigerør er forbundet med undersjøisk brønnutstyr og rager opp til et fartøy. Et lederør er festet stasjonært til og rundt stigerøret, og lederøret passerer gjennom en åpning i fartøyet. Et sett med ruller er festet til fartøyet rundt åpningen for å etablere inngrep med lederøret mens fartøyet beveges i forhold til stigerøret. Hydropneumatiske sylinderenheter er forbundet mellom stigerøret og fartøyet for å utøve spenning på stigerøret. En utvendig flens er lokalisert på en nedre del av lederøret. En støtdemper er posisjonert rundt lederøret og festet til fartøyet for å beveges i forhold til lederøret. Støtdemperen absorberer sjokkbelastning når sylinderenhetene er i en ekstrem utslagsposisjon.

Description

Oppfinnelsen angår et apparat og en framgangsmåte for å redusere støt i en strekkanordning for stigerør, slik det framgår av den innledende del av henholdsvis patentkrav 1 og 14.

Bakgrunn

Brønnoperasjoner til havs på dypt vann kan benytte et stigerør som rager opp fra det undersjøiske brønnutstyret på havbunnen til et fartøy eller flytende plattform på overflata. Et stigerør er under boringen koplet til det undersjøiske brønnhodet og rager opp til boreplattformen. Under brønnproduksjon, kan det hende at produksjonsstigerør rager opp fra det undersjøiske brønnutstyret, slik som et undersjøisk ventiltre eller manifold, til plattformen på overflata.

Det benyttes ledeorgan mellom stigerøret og åpningen i fartøyet som stigerøret passerer gjennom. Det er typisk festet et rørformet ledeorgan til og omkring stigerøret. Lagre, normalt rullelager, er festet til fartøyet og griper inn med ledeorganet.

Det er viktig å holde en spenning i disse strekkanordningene når fartøyet heves og senkes på grunn av bølgebevegelser og/eller havstrømmer. En strekkanordning med hydropneumatiske sylinderenheter er forbundet mellom stigerøret. Mens fartøyet beveges mot og vekk fra det undersjøiske brønnhodet, ekspanderer og kontraherer sylinderenhetene for å holde et generelt jevnt spenningsnivå i stigerørene. Bølgene er normalt ikke bratte nok til at sylinderenhetene oppnår maksimal utslagsposisjon der stemplene når det laveste punkt i sylindrene. Det eksisterer imidlertid en mulighet for at slike bølger kan opptre under ekstreme værforhold, slik som orkaner. I slike tilfeller kan det oppstå skade på sylindrene.

US patentskrift 5,758,990 beskriver en strekkanordning som anvender parallelle luftbeholdere. En spindel som har en innvendig diameter som er større enn den ytre diameteren av stigerøret er posisjonert rundt stigerøret og er festet i posisjon ved brønnhodet av stigerøret i offshorekonstruksjonen. En stoppramme er festet til et fartøy og er posisjonert på et nivå for å minimere oppadgående bevegelse av stigerøret. Stopprammen kan også benyttes sammen med en støtdemper for å absorbere energien for all vertikal bevegelse i stigerøret.

US patentpublikasjon 2005/0147473 beskriver en strekkanordning som benytter hydropneumatiske sylindre for å kompensere for nivåforskjeller i et stigerør som benyttes på en flytende plattform.

Oppfinnelsen

Ulempene med den kjente teknikk overvinnes med et apparat og en framgangsmåte for å redusere støt i en strekkanordning for stigerør, slik det framgår av den karakteriserende del av henholdsvis patentkrav 1 og 14. Ytterligere fordelaktige trekk ved apparatet framgår av de uselvstendige patentkravene 2 til 13.

Det er i henhold til oppfinnelsen innlemmet et apparat i stigerøret og fartøyet for å redusere støt dersom strekkanordningen oppnår en ekstrem utslagsposisjon. Det benyttes stopporgan og støtdempere, hvorav den ene er tilpasset for å monteres til fartøyet og den andre til ledeorganet. Stopporganet og støtdemperen er aksialt bevegbare i forhold til hverandre i respons av bølger og/eller strømninger, slik at stopporganet og støtdemperen slår mot hverandre for å absorbere sjokk under en ekstrem stempelposisjon i strekkanordningen. Sammenstøtet mellom stopporganet og støtdemperen finner sted før strekkanordningens stempel oppnår maksimal utstrekning.

I den foretrukne utførelsesformen omfatter stopporganet en flens på lederøret, og støtdemperen er tilpasset for montering til fartøyet. Flensen er fortrinnsvis på en nedre ende av lederøret.

Støtdemperen omfatter et øvre og endre rammeorgan som er bevegbare mot og vekk fra hverandre. I det minste ett elastisk organ er lokalisert mellom rammeorganene. I den foretrukne utførelsesformen, er det lokalisert et flertall elastiske organ mellom og distansert rundt øvre og nedre rammeorgan.

Rammeorganene har fortrinnsvis sentrale åpninger som har større diameter enn den utvendige diameteren av flensen. Et flertall klammer er festet til de nedre rammeorganene og er bevegbare mellom en installasjonsposisjon, som tillater at flensen kan passere nedover gjennom den midtre åpningen i det nedre rammeorganet, og en driftsposisjon som hindrer det nedre rammeorganet fra å passere nedover forbi flensen. Klamrene svinger fortrinnsvis mellom installasjonsposisjonen og driftsposisjonen. Under en maksimal nedadrettet bevegelse av fartøyet i forhold til stigerøret, kontakter ei øvre overflate av hver a klamrene rammeorganet og ei nedre overflate av hver av klamrene kontakter flensen for å lede støtkrafta til det nedre rammeorganet.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er ei sideskisse, delvis snittet, av en strekkanordning for stigerør med en støtdemper i henhold til oppfinnelsen og viser en normal driftsposisjon.

Figur 2 er ei sideskisse av strekkanordningen i figur 1, vist i en maksimalt utstrukket posisjon.

Figur 3 er ei sideskisse av strekkanordningen i figur 1, vist i en maksimalt sammenpresset posisjon.

Figur 4 er ei forstørret sideskisse av de nedre styrerullene og støtdemperen i figur 1, vist under installasjon av lederøret på strekkanordningen.

Figur 5 er ei enda mer forstørret delvis snittet skisse av en del av støtdemperen i figur 1, vist etter at lederøret er ført inn gjennom støtdemperen.

Figur 6 er ei sideskisse av de nedre styrerullene og støtdemperen i figur 1, vist med strekkanordningen i maksimal utstrukket posisjon.

Figur 7 er ei perspektivskisse av de nedre styrerullene og støtdemperen i figur 1, vist med strekkanordningen nær sin maksimale utslagsposisjon.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Med henvisning til figur 1, benyttes en strekkanordning 11 for stigerør på flytende bore- og/eller produksjonsplattformer til havs, og kan være en av flere på samme plattform. Strekkanordningen 11 benyttes for å opprettholde en ønsket spenning i et stigerør 13 som rager ned fra fartøyet eller plattformen til undersjøisk brønnutstyr 15 på havbunnen. Stigerøret 13 kan være et borerør for boring av nye brønner, eller det kan være et produksjonsrør for produksjon av en fluidstrøm. Undersjøisk brønnutstyr 15 kan være et undersjøisk brønnhodehus, et undersjøisk ventiltre, en undersjøisk manifold eller annen type utstyr for utvinning av hydrokarboner. Fartøyet utsettes for vertikal og sideveis bevegelse i forhold til det undersjøiske utstyret 15 på grunn av havstrømmer og bølger.

Strekkanordningen 11 er montert mellom et øvre dekk 17 og et nedre dekk 19 på fartøyet.

Dekkene 17 og 19 har en fast innbyrdes avstand og beveger seg sammen med fartøyet. I denne utførelsesformen har strekkanordningen 11 to lagermontasjer, som omfatter et øvre sett av styreruller 21 montert til det øvre dekket 17 og et nedre sett med styreruller 23 montert til det nedre dekket 19. Strekkanordningen 11 har et lederør 25, som er et rør med stor diameter som strekker seg gjennom styrerullene 21, 23 og er stasjonær i forhold til stigerøret 13. Dekkene 19 og 21 på fartøyet og øvre og endre styreruller 21, 23 beveges følgelig i forhold til lederøret 25.

Lederøret 25 har en øvre ende som er fastmontert til ei toppramme 27. Lederøret 25 har et stopporgan som omfatter en utvendig flens 29 lokalisert ved sin nedre ende. Stigerøret 13 rager gjennom lederør 25 og kan være støttet sentralt ved hjelp av et antall sentreringsorgan 31.

Alternativt kan lederøret 25 være montert til fartøyet for å beveges sammen med dette, og styrerullene 21, 23 kan i dette tilfellet være montert til stigerøret 13.

I denne utførelsesformen er det ønskelig å beholde en kontinuerlig spenning gjennom lengden av stigerøret 13, uavhengig av bevegelsen av dekkene 17 og 19. Hver strekkanordning 11 har et flertall hydropneumatiske sylindre 33, som i denne utførelsesformen er festet til øvre dekk 17 og rager nedover fra øvre styreruller 21 til et punkt over det nedre dekket 17. En stempelaksel 35 rager ned fra hver sylinder 33 til toppramma 27. Fluidtrykk virker mot et stempel inne i hver sylinder 33 for å skyve og trekke hver stempelaksel 35 og for å utøve en oppadrettet kraft på toppramma 27. En klammer 37 ved toppramma 27 klemmer stigerøret 13 fast til toppramma 27.

En støtdemper 39 er festet til nedre styreruller 23, og på denne måten beveges støtdemperen 39 sammen med fartøyet i denne utførelsesformen. Mens den er i den normale driftsposisjonen i figur 1, er støtdemperen 39 posisjonert godt over flensen 29 ved den nedre enden av lederøret 25. Figur 2 viser en ekstremt lav posisjon for fartøyet, slik som i dalbunnen på en enorm bølge i en alvorlig orkan. I denne posisjonen lander støtdemperen 39 på lederørets flens 29 og stempelakselen 35 er utstrukket i en maksimal lengde for å opprettholde den ønskede spenning i stigerøret 13. Sammenstøtet mellom støtdemper 39 og flens 29 skjer fortrinnsvis før stempelet kommer helt ut av sylinderen 33. Figur 3 viser fartøyet når det beveges vekk fra det undersjøiske brønnutstyret 15, slik som ved toppen av en stor bølge. I denne posisjonen er stempelakslene helt inntrukket for å unngå overspenning av stigerøret 13, og støtdemperen 39 er lokalisert en hel slaglengde over lederørets utvendige flens 29. Alternativt kan støtdemperen 39 være montert stasjonært på lederøret 25 og et stopporgan, slik som flensen 29, montert på fartøyet.

Med henvisning til figur 4, kan de nedre styrerullene 23 være av ulike typer. I denne typen omfatter styrerullene 23 ei øvre plate 41 og ei nedre plate 43, som hver rager rundt lederøret 25 i et plan vinkelrett på aksen av lederøret 25. Klammere 45 rager vertikalt mellom platene 41, 43 og fester dem til hverandre i en fast avstand. Et flertall ruller 47 er montert mellom klamrene 45 for inngrep med lederøret 25.

Støtdemperen 39 omfatter i dette eksemplet ei toppramme 49 og ei bunnramme 51. Toppramma 49 er festet til nedre plate 43 for nedre styreruller 23 på enhver egnet måte, slik som med bolter. Rammene 49 og 51 omfatter sirkulære flate plater tilsvarende platene 41 og 43 på styrerullene. Hver ramme 49, 51 har et sentralt hull 52 (figur 5) som lederøret 25 rager gjennom. Bunnramma 51 er bevegbar vertikalt en kort avstand relativt til toppramma 49. Et antall holdetapper 53 rager mellom rammene 49, 51 for å holde bunnramma 51 til toppramma 49. Hver holdetapp 53 er festet stasjonært til toppramma 49 for bevegelse med samme. Hver holdetapp 53 rager gjennom et hull i bunnramma 51. En mutter 55 ved den nedre enden av hver holdetapp 53 holder bunnramma 51 mens den er i sin nedre posisjon i forhold til toppramma 49, som er posisjonen vist i figur 4 og 7. Figur 6 viser bunnramma 51 beveget oppover i forhold til holdetappene 53 og toppramma 49 til en øvre posisjon. Alternativt kan holdetappene 53 være montert stasjonært til bunnramma 51 og rage gjennom hull i toppramma 49.

Et flertall dempeorgan eller elastiske organ er lokalisert mellom rammene 49 og 51 for å dempe oppadrettet bevegelse av bunnramma 51 relativt til toppramma 49. I dette eksemplet omfatter hvert dempeorgan et rørformet stålhus 57 som inneholder et fleksibelt fjærelement 59.

Fjærelementet 59 kan omfatte et elastomerisk organ eller ei springfjær, og den stikker i starten ut fra en åpen ende av demperhuset 57. I dette eksemplet er demperhuset 57 montert til ei toppramme 49, og fjærelementet 59 rager nedover og er bøyd i kontakt med bunnramma 51. Huset 57 og fjærelementet 59 kan imidlertid om ønskelig inverteres. Figur 4 og 7 viser fjærelementene 59 mens de rager ut fra husene 57, mens figur 6 viser fjærelementene 59 fullstendig sammenpresset inne i husene sine 57.

Med henvisning til figur 4, har støtdemperen 39 også et flertall lastoverføringshaker 61. Hakene 61 er jevnt fordelt rundt omkretsen av bunnramma 51. I dette eksemplet omfatter hver hake 61 ei flat plate som er montert svingbart til en gaffelbolt 63 via en svingtapp 65. Hver gaffelbolt 63 er sveiset eller på annet vist festet til undersiden av bunnramma 51. Hver hake 61 har en nedre kant 67 som når i driftsposisjon i figur 5-7 vender nedover for inngrep med den utvendige flensen 29 når strekkanordningen 11 er i den fullstendig ekspanderte posisjonen i figur 2. Hver hake 61 har en øvre kant 66 som kontakter undersiden av bunnramma 51 når den er i driftsposisjon. en indre kant 71 på hver hake 61 er lokalisert nær inntil den utvendige diameter av lederøret 25 når den er i driftsposisjon. Hver hake har en oppadvendt kamkant 70 lokalisert radielt utover fra svingtappen 65.

Med henvisning til figur 5, er en justeringstapp 69 for hver hake 61 festet til toppramma 49 (figur 4) og rager nedover inn i et hull 68 i bunnramma 51. I den monterte posisjonen, illustrert med de stiplede linjene i figur 5, er den nedre enden av hver justeringstapp 69 forsenket i hullet 68.

Justeringstappen 69 har en gjenget del som griper inn med et gjenget hull i toppramma 49 (figur 4). Når den roteres vil justeringstappen 69 beveges nedover mot kamkanten 70 på haka 61 og forårsake at haka 61 roterer om svingtappen 65 til driftsposisjonen vist med de heltrukne linjene i figur 5. Justeringstappen 69 er låst i en ønsket posisjon ved å stramme en mutter 73 (figur 4) mot toppramma 49.

Under montering av strekkanordningen 11 til fartøyet, vil nedre styreruller 23 og støtdemper 39 være festet til hverandre og montert til det nedre dekket 19 (figur 1) på fartøyet før installasjon av lederøret 25. I installeringsposisjonen vist i figur 4 og med de stiplede linjene i figur 5, er hver hake 61 fri til å rotere om sin svingtapp 65 og vil henge nedover med sin egen vekt. I denne posisjonen er den innvendige diameteren avgrenset av de indre kantene 71 av hakene 61 større enn den utvendige diameter av lederørets flens 29. Lederøret 25 blir deretter senket gjennom de øvre lederullene 21 (figur 1), nedre lederullene 23 og støtdemperen 39. De fritt svingbare hakene 61 tillater at flensen 29 kan passere gjennom støtdemperen 39 mens lederøret 25 senkes nedover, selv om flensen 29 kommer i kontakt med de innvendige kantene 71. Etter at den øvre enden av lederøret 25 lander på strekkanordningens toppramme 27 (figur 1), vil operatøren rotere justeringstappene 69 og forårsake at hver hake 61 svinger om sitt svingpunkt 65. Når den øvre kanten 66 kontakter undersiden av bunnramma 51, vil operatøren stramme til mutteren 73 (figur 4). Hakene vil dermed forbli i driftsposisjonen i figur 5-7. De indre kantene 71 vil definere en indre diameter som er mindre enn den utvendige diameter av lederørets flens 29 og litt større enn den utvendige diameter av lederøret 25 over flensen 29.

Under drift vil støtdemperen 39 beveges sammen med fartøyet og dets øvre og nedre dekk 17 og 19, som en kan se ved å sammenlikne figur 1-3. Nedadrettet og oppadrettet bevegelse av fartøysdekkene 17, 19 i forhold til lederøret 25, forårsaker at stempelakslene 35 strekkes ut og presses sammen for å opprettholde en ønsket spenning i stigerøret 13. Dersom den nedadgående bevegelsen er stor nok, er det mulig at støtdemperen 39 støter sammen med den utvendige flensen 29 på lederøret, som vist i figur 2. Med henvisning til figur 7, når de nedre kantene 67 på hakene 61 kontakter den utvendige flensen 29, blir det overført en oppadrettet kraft fra flensen 29 gjennom øvre kanter 66 (figur 5), bunnramma 51 og til de dempende fjærelementene 59, som absorberer støt og kollapser inne i demperhusene 57. Når de dempende fjærelementene 59 er fullstendig kollapset (figur 6), passerer den oppadrettede kraften gjennom demperhusene 57, toppramma 49 og nedre styreruller 23 til nedre dekk 19 (figur 2).

Mens fartøyet stiger fra bunnen av den store bølgen, beveges dekkene 17 og 19 oppover i forhold til lederøret 25, som vist ved å sammenlikne figur 2 og 3, som beveger støtdemperen 39 over den utvendige flensen 29. Bunnramma 51 beveges tilbake nedover til den nedre posisjonen (figur 7) i forhold til toppramma 49 og de dempende fjærelementene 59 stikker ut fra demperhusene 57.

Støtdemperen reduserer muligheten for at det oppstår skade på strekkanordningens sylindere fordi den stopper utstrekking av strekkanordningens sylinderenheter før stemplene kommer ut. De svingbare lastoverføringshakene tillemper installasjon av stigerørets lederør.

Claims (14)

Patentkrav

1. Apparat for å redusere støt i en strekkanordning (11) for stigerør (13) under en ekstrem utslagsposisjon, hvorved strekkanordningen (11) er tilpasset for tilkopling mellom et stigerør (13) som rager fra undersjøisk brønnutstyr gjennom en åpning i et fartøy,

hvorved apparatet omfatter

et lederør (25) som er tilpasset for å omgi stigerøret (13) der stigerøret (13) passerer gjennom åpningen i fartøyet, og

et stopporgan og en støtdemper (39), hvorav den ene er tilpasset for montering til fartøyet og den andre til lederøret (25), og stopporganet og støtdemperen (39) er aksialt bevegbare i forhold til hverandre relativt til lederørets (25) akse, slik at stopporganet og støtdemperen (39) kontakter hverandre for å absorbere støt under en ekstrem utslagsposisjon i stigerørets (13) strekkanordning (11), karakterisert ved at stopporganet omfatter en flens (29) på en nedre ende av lederøret (25), og at støtdemperen (39) omfatter:

et ringformet rammeorgan, i form av øvre (49) og nedre (51) rammeorgan, med en sentral åpning (52) med større diameter enn den utvendige diameteren av flensen (29), og

et flertall haker (61) montert til rammeorganet (49, 51) og bevegbare mellom en installasjonsposisjon, som tillater at flensen (29) passerer nedover gjennom den sentrale åpningen (52) i rammeorganet (49, 51), og en driftsposisjon, som hindrer at det nedre rammeorganet (51) passerer nedover forbi flensen (29).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at støtdemperen (39) er tilpasset for montering til fartøyet.

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at rammeorganene (49, 51) er bevegbare mot og vekk fra hverandre, og at det er forsynt i det minste ett elastisk organ mellom rammeorganene (49, 51).

4. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at et flertall støtdempende sylindere (33) er distansert langs omkretsen av og til ett av rammeorganene (49, 51), hvorved hver sylinder (33) oppviser et elastisk organ som griper inn med det andre rammeorganet.

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av hakene (61) er festet svingbart til rammeorganet (51) og svinger mellom installasjonsposisjonen og driftsposisjonen.

6. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at ei øvre overflate av hver av hakene (61) er arrangert for å kontakte rammeorganet (51) og at ei nedre overflate av hver av hakene (61) er arrangert for å kontakte flensen (29), når de er i driftsposisjonen og under en maksimal nedadrettet bevegelse av fartøyet i forhold til stigerøret (13).

7. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at et flertall ruller (21, 23) er festet til støtdemperen (39) i rullende inngrep med lederøret (25).

8. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at

et lagerorgan er festet til fartøyet rundt åpningen for inngrep med lederøret (25) mens fartøyet beveges i forhold til stigerøret (13),

et flertall hydropneumatiske sylinderenheter (33), hver med et stempel, hvorved sylinderenhetene (33) er forbundet mellom stigerøret (13) og fartøyet for å utøve spenning på stigerøret (13), og sylinderenhetene (33) er distansert rundt lederøret (25), hvori

støtdemperen (39) er posisjonert rundt lederøret (25) og er festet til fartøyet for å beveges i forhold til lederøret (25), og at støtdemperen (39) oppviser i det minste ett elastisk organ for å absorbere støt når støtdemperen (39) kontakter den utvendige flensen (29).

9. Apparat ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at ett av rammeorganene (49, 51) er fast forbundet med fartøyet; og at det elastiske organet omfatter et flertall elastiske organ distansert langs omkretsen rundt og mellom rammeorganene (49, 51).

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at det elastiske organet omfatter et flertall støtabsorberende sylindre (33) distansert langs omkretsen rundt og mellom rammeorganene (49, 51).

11. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at hakene (61) er festet til bunnrammeorganet (51).

12. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at ei øvre overflate av hver av hakene (61) kontakter bunnrammeorganet (51) og at ei nedre overflate av hver av hakene (61) kontakter flensen (29), når den er i den øvre driftsposisjonen og under et maksimalt utslag av sylinderenhetene (33).

13. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at støtdemperen (39) er festet til en underside av lagerorganet.

14. Framgangsmåte for å redusere sjokkbelastning på en strekkanordning (11) for stigerør (13) under en ekstrem utslagsposisjon, hvorved strekkanordningen (11) er festet mellom et stigerør (13) som rager opp fra undersjøisk brønnutstyr gjennom en åpning i et fartøy, hvorved stigerøret (13) er omgitt av et rørformet lederør (25) der stigerøret (13) passerer gjennom åpningen, hvori framgangsmåten omfatter trinnene med:

å framskaffe et stopporgan og en støtdemper(39) , og montere dem til fartøyet og til lederøret (25) for aksial bevegelse relativt til hverandre i respons av bølger og/eller havstrømmer; og

under en ekstrem utslagslengde av strekkanordningen (11) å sørge for at stopporganet og støtdemperen (39) kontakter hverandre og absorberer støt,

karakterisert ved at stopporganet og støtdemperen (39) monteres til fartøyet ved å framskaffe en flens (29) på lederøret (25) for å tjene som stopporgan, og montere støtdemperen (39) på fartøyet, hvori støtdemperen (39) har en sentral passasje (52) med en ekspandert installasjonsposisjon og en kontrahert driftsposisjon, og at stopporganet (29) under installasjon senkes gjennom passasjen (52) i støtdemperen (39) mens støtdemperen (39) er i den ekspanderte installasjonsposisjonen, og at støtdemperen (39) deretter plasseres i den kontraherte

driftsposisjon.