NO821401L

NO821401L - UNDERWATER CONNECTION DEVICE.

Info

Publication number: NO821401L
Application number: NO821401A
Authority: NO
Inventors: Konrad Wilke; Bernd Michaelsen; Hans Sander; Joachim Groeger; Heinz Knappich; Ingo Sauer
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1982-11-01
Also published as: DE3117203C2; GB2103745A; GB2103745B; DE3117203A1

Abstract

En undervanns-koblingsenhet (9) skaffer forbindelse mellom en tankbåt (1) og en oljeoverførings-enhet (5) som er forankret på havbunnen og forbundet med en oljetransportledning (6). Til å styre koblingsenheten (9) inn i overfringsenheten (5) under senke-bevegelsen tjener et vinsj system (14-17) på tankbåten (1) og en drivanordning (21, 21') som sitter i koblingsenheten (9) og arbeider med vannstråler, og som via en ledningsslange (8) forsynes med trykkvann av tankbåten (1) og muliggjør en styring av koblingsenheten iAn underwater coupling unit (9) provides a connection between a tanker (1) and an oil transfer unit (5) which is anchored on the seabed and connected to an oil transport line (6). To steer the coupling unit (9) into the transfer unit (5) during the lowering movement, a winch system (14-17) on the tanker (1) and a drive device (21, 21 ') which sit in the coupling unit (9) and work with water jets, and which is supplied via a line hose (8) with pressurized water by the tanker (1) and enables a control of the coupling unit in

Description

Oppfinnere; Inventors;

1. Konrad Wilke,1. Konrad Wilke,

Wiesenweg 12Wiesenweg 12

D-2107 Rosengarten 5D-2107 Rosengarten 5

2. Bernd Michaelsen2. Bernd Michaelsen

Kittelweg 5Kittelweg 5

D-2000 Hamburg 73D-2000 Hamburg 73

3. Hans Sander3. Hans Sander

Wupperstrasse 47Wupperstrasse 47

D-4300 Essen 18D-4300 Essen 18

4. Joachim Groger4. Joachim Groger

Waldweg 11Waldweg 11

D-3043 SchneverdingenD-3043 Schneverdingen

5. Heinz Knappich5. Heinz Knappich

Grindelallee 36Grindelallee 36

D-2000 Hamburg 13D-2000 Hamburg 13

6. Ingo Sauer6. Ingo Sauer

Schumacher-Strasse 54Schumacher-Strasse 54

D-2000 Hamburg 50D-2000 Hamburg 50

Alle: Forbundsrepublikken TYSKLAND All: Federal Republic of GERMANY

Undervanns- koblingsenhetUnderwater coupling unit

Oppfinnelsen angår en undervanns-koblingsenhet med trekk som angitt i hovedkravets innledning. The invention relates to an underwater coupling unit with features as stated in the introduction of the main claim.

Der er allerede kjent flere systemer som befatter seg med overlevering av olje fra oljetransportledninger til tankbåter som så frakter jordoljen til behandlingssteder nær kysten. Systemene er i første rekke utarbeidet for jordoljefelter og produksjonsanlegg som ligger nær kyst. Således har f.eks. Kongsberg Engineering A/S beskrevet et slikt system i en firma-publikasjon under tittelen "A new Offshore Loading System directly from the seabed". Med dette system blir en tankbåt posisjonert dynamisk over et borehull. En fleksibel stigeledning oppviklet på en forrådstrommel blir med en kran senket ned på havbunnen. Kranen er utrustet med en såkalt "heave"-kompensasjon som skal utligne bevegelser av skipet under senkningen. Stigeledningens nedre ende er forsynt med styredrivorganer og en sammenkoblingsinnretning som muliggjør forbindelse med olje-transportledningens undersjøiske tilkoblingsdeler. Dermed kan man unnvære lastebøyer eller tårn i vannoverflaten. Den vesentlige ulempe ved dette system er å se i at stigeledningen blir satt ned på lesiden av skipet og blir ytterst sterkt påkjent ved sterkere sjøgang. Several systems are already known which deal with the handover of oil from oil transport lines to tankers which then transport the crude oil to treatment sites near the coast. The systems are primarily designed for oil fields and production facilities located close to the coast. Thus, e.g. Kongsberg Engineering A/S described such a system in a company publication under the title "A new Offshore Loading System directly from the seabed". With this system, a tanker is dynamically positioned over a borehole. A flexible riser coiled on a storage drum is lowered to the seabed with a crane. The crane is equipped with a so-called "heave" compensation to compensate for movements of the ship during lowering. The riser's lower end is provided with control drive means and a connection device that enables connection with the oil transport line's subsea connection parts. This means that loading buoys or towers in the water surface can be dispensed with. The main disadvantage of this system is that the riser is placed on the leeward side of the ship and is subjected to extremely strong stress during stronger seas.

Et annet system, som er offentliggjort i tidsskriftet "Offshore", mars 1980, side 61 og 62, forutsetter en tankbåt med en såkalt moonpool, dvs. en sylindrisk åpning som strekker seg loddrett gjennom skipets skrog, og hvor en fleksibel stigeledning med et holdeparti blir senket ned i vannet av en kran plassert over åpningen i dekket. Tankbåten er på forhånd posisjonert dynamisk over borehullet. Ved hjelp av transpondere på borehullhodet og et fjernsynskamera blir stigeledningens hodeparti stillet på borehullhodet og låst og slangeforbindelsen tilveiebragt. Another system, which is published in the magazine "Offshore", March 1980, pages 61 and 62, assumes a tanker with a so-called moonpool, i.e. a cylindrical opening extending vertically through the ship's hull, and where a flexible ladder with a holding part is lowered into the water by a crane placed above the opening in the deck. The tanker is dynamically positioned above the borehole in advance. Using transponders on the borehole head and a television camera, the head part of the riser is placed on the borehole head and locked and the hose connection provided.

Sluttelig er der fra DE-AS 29 21 890 kjent en innretning til overtagelse av olje hvor der fra en tanker blir senket ned et sammenkoblingselement som kan posisjoneres med hydrofoner og styres med drevne propeller. Dette koblingselement blir styrt til en overføringsenhet som er forankret i en bestemt vanndybde, og sammenkoblet mekanisk med den. Deretter opprettes slangeforbindelsen, hvormed overtagelsen av oljen kan skje. Finally, there is known from DE-AS 29 21 890 a device for taking over oil where a connecting element is lowered from a tanker which can be positioned with hydrophones and controlled with driven propellers. This coupling element is guided to a transfer unit which is anchored in a certain water depth, and mechanically connected to it. The hose connection is then established, with which the oil can be taken over.

Den oppgave som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse, er nu å se i å skaffe en undervannskoblingsenhet som med liten teknisk påkostning og under utnyttelse av an-leggsdeler som finnes ombord på vannfartøyet, kan styres ytterst følsomt til en nesten stasjonær motkoblingsenhet. The task which forms the basis of the present invention is now to be seen in providing an underwater coupling unit which, with little technical expense and using plant parts found on board the watercraft, can be controlled extremely sensitively to an almost stationary counter coupling unit.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst ved hjelp av de karakteristiske særtrekk som er angitt i hovedkravet. En vesentlig fordel ved koblingsenheten ifølge oppfinnelsen er å se i at der kan etableres en forbindelse mellom oljeoverførings-slangen og koblingsdelen på overføringsenheten under opptil større vindstyrker (9 Bft). Da oljeoverføringsslangen i det indre av skipet blir senket ned i det underliggende vann, According to the invention, this task is solved with the help of the characteristic features specified in the main claim. A significant advantage of the coupling unit according to the invention is that a connection can be established between the oil transfer hose and the coupling part of the transmission unit under up to greater wind forces (9 Bft). As the oil transfer hose in the interior of the ship is lowered into the underlying water,

blir den ikke lenger sterkt påkjent ved sjøgang og bølgeslag.it is no longer strongly affected by sea and wave action.

I tillegg blir sluttelig det såkalte uværsvindu gjort størreIn addition, the so-called storm window will finally be made larger

og oljetransporten fra borestedet til behandlingsstedet dermed mer økonomisk. and the oil transport from the drilling site to the processing site thus more economical.

Forholdene vil bli nærmere belyst ved utførelseseksempler under henvisning til tegningen. Fig. 1 er en generell prinsippskisse av en tankbåt over oljeoverføringsstedet. Fig. 2 viser tverrsnitt gjennom tankbåten i høyde med moonpoolen samt oljeoverføringsinnretningen som er forankret på havbunnen. The conditions will be explained in more detail by examples of execution with reference to the drawing. Fig. 1 is a general schematic diagram of a tanker over the oil transfer site. Fig. 2 shows a cross-section through the tanker at the height of the moonpool as well as the oil transfer device which is anchored to the seabed.

Fig. 3 viser koblingsenheten i detalj.Fig. 3 shows the coupling unit in detail.

På fig. 1 ses en tankbåt 1 som er dynamisk posisjonert over et lastested. For enkelhets skyld er posisjoneringsan-legget antydet som lydsender eller hydrofon som er betegnet med 3 på havbunnen 2 og med 4 på bunnen av skipet. En overførings-enhet 5 er forankret på havbunnen 2 og forbundet med en oljetransportledning 6 som er ført fra en produksjonsplattform eller fra forrådsbeholdere for olje. Fra tankbåten er stigeledningen 8 med koblingsenheten 9 senket ned gjennom moonpoolen 7 og ved hjelp av målesystemer som vil bli beskrevet nærmere, ført hen til overføringsenheten 5 og fast forbundet med denne. I denne relative stilling av skipet 1 og overføringsenheten 5, en stilling som holdes ved den dynamiske posisjonering, kan overtagelsen av olje foregå. Når lastingen er fullført, blir koblingen mellom delene 5 og 9 løst, stigeledningen kan tas ombord igjen, og tankbåten kan forlate lastestedet. In fig. 1 shows a tanker 1 which is dynamically positioned above a loading point. For the sake of simplicity, the positioning system is indicated as a sound transmitter or hydrophone, which is denoted by 3 on the seabed 2 and by 4 on the bottom of the ship. A transfer unit 5 is anchored to the seabed 2 and connected to an oil transport line 6 which is led from a production platform or from storage containers for oil. From the tanker, the riser line 8 with the connection unit 9 is lowered through the moonpool 7 and, with the help of measuring systems that will be described in more detail, led to the transmission unit 5 and firmly connected to it. In this relative position of the ship 1 and the transfer unit 5, a position which is maintained by the dynamic positioning, the takeover of oil can take place. When loading is complete, the coupling between parts 5 and 9 is released, the riser can be taken back on board, and the tanker can leave the loading site.

Av tverrsnittet på fig. 2 fremgår det at moonpoolen 7 er anordnet usymmetrisk med hensyn på lengdeaksen for tankbåten 1. Moonpoolen oppviser flere føringsbaner hvorav to er betegnet med henholdsvis 10 og 11, og som en vogn 12 er ført på med ruller 13 eller lignende. Vognen 12, som kan arreteres i sin viste nedre og i en øvre endestilling i moonpoolen, tjener til sikker føring for koblingsenheten 9 i moonpoolen under hivning og firing. Til formålet har vognen 12 en utformning tilpasset den koniske form av den øvre del av koblingsenheten 9. From the cross section in fig. 2 it appears that the moonpool 7 is arranged asymmetrically with respect to the longitudinal axis of the tanker 1. The moonpool has several guideways, two of which are denoted by 10 and 11 respectively, and on which a carriage 12 is guided with rollers 13 or the like. The carriage 12, which can be locked in its shown lower and in an upper end position in the moonpool, serves to safely guide the coupling unit 9 in the moonpool during lifting and firing. For this purpose, the carriage 12 has a design adapted to the conical shape of the upper part of the coupling unit 9.

Koblingsenheten 9 beveges ved hjelp av en løfteinnretning som sitter på skipets dekk og består av en mast 14 med utligger 15 hvor omstyringstrinser 16, 17 er lagret. En ytterligere om-styringstrinse 18 med loddrett lagringsakse er lagret bevegelig i retningen for dobbeltpilen 19 for kompensasjon av bevegelser. 01jeoverføringsslangen 8 som koblingsenheten 9 står i forbindelse med, er ført over trinsene 16, 17 og 18, viklet på en ikke vist forrådstrommel og med en ende forbundet med tankbåtens laste- og lossesystem ombord.Dobbeltpilen 20 skal med sin øvre odd antyde at oljelosse- eller ballastpumpen under senkningen av koblingsenheten 9 transporterer trykkvann fra tankbåtens ballastsystem gjennom oljeoverføringsslangen 8 for å bevirke posisjonsendringer via styredyser 21 i koblingsenheten 9. The coupling unit 9 is moved by means of a lifting device which sits on the ship's deck and consists of a mast 14 with an outrigger 15 where reversing pulleys 16, 17 are stored. A further redirection pulley 18 with a vertical bearing axis is mounted movable in the direction of the double arrow 19 for compensation of movements. The transfer hose 8 with which the coupling unit 9 is connected is led over the pulleys 16, 17 and 18, wound on a storage drum not shown and with one end connected to the tanker's loading and unloading system on board. or the ballast pump during the lowering of the coupling unit 9 transports pressurized water from the tanker's ballast system through the oil transfer hose 8 to effect position changes via control nozzles 21 in the coupling unit 9.

På fig. 2 er koblingsenheten 9 vist på et stadium av senkningen kort før den trer inn i den forankrede overførings-enhet 5. Ved hjelp av måle- og overvåkningssystemer 22 og 23 In fig. 2, the coupling unit 9 is shown at a stage of lowering shortly before it enters the anchored transfer unit 5. By means of measuring and monitoring systems 22 and 23

på koblingsenheten 9 og overføringsenheten 5 blir koblingsenheten styrt slik at den med sitt nedre koniske parti 24 on the coupling unit 9 and the transmission unit 5, the coupling unit is controlled so that with its lower conical part 24

trer inn i en traktformet åpning dannet av sentreringsflater 25 fordelt på omkretsen av overføringsenheten 5. Koblingsenheten blir så senket så langt til dens nedre stuss 26 er mekanisk sammenlåst med koblingsdelen 27 hos overføringsenheten 5 og slangeforbindelsen tilveiebragt. Deretter åpnes en kuleventil i koblingsenheten 9 og en ytterligere ventil i over-før ingsenheten 5 ved fjernstyring fra tankbåten. Etter etablering av slangeforbindelsen blir oljelastepumpen på produksjonsenheten koblet inn, og lasteprosessen kan begynne. Overtagelsen av olje er antydet ved nedre odd hos dobbeltpilen 20. enters a funnel-shaped opening formed by centering surfaces 25 distributed on the circumference of the transfer unit 5. The coupling unit is then lowered until its lower spigot 26 is mechanically interlocked with the coupling part 27 of the transfer unit 5 and the hose connection provided. A ball valve in the coupling unit 9 and a further valve in the transfer unit 5 are then opened by remote control from the tanker. After establishing the hose connection, the oil loading pump on the production unit is switched on, and the loading process can begin. The takeover of oil is indicated by the lower odds of the double arrow 20.

På fig. 3 er koblingsenheten 9 med oljeoverføringsslangenIn fig. 3 is the coupling unit 9 with the oil transfer hose

8 og overføringsenhetens koblingsdel 27 vist mer utførtlig i snitt. Den dobbeltkoniske form av koblingsenheten tjener som allerede forklart sammen med den øvre del 28 til å lette inn-føringen i oljeoverføringsenhetens sentreringstrakt 26, som er antydet stiplet for innført koblingsenhet. Til å beskytte ledningsslangen 8 ved innføringen i moonpoolvognen 12 tjener en hylse 29 med krave som vognen 12 har en passende utsparing for. Ledningsslangen 8 er i det indre av koblingsenheten 9 erstattet med rørstykker 3 0 og 31 med mellomkoblet treveis-ventil 32. Til treveisventilen 32 er der koblet en ringledning 33. Med denne ringledning kan der være forbundet flere ut-gående trykkstråledyser, f.eks. fire anordnet i rett vinkel til hverandre, hvorav to er vist på tegningen og betegnet med 21 og 21'. For å skaffe mulighet for styring kan hver avgangs-dyse 21 lukkes med en særskilt stengeventil 34. Disse ventiler, som er utrustet med strupningsklaffer 35, kan f.eks. ved 36 være forbundet med en hydraulisk styreledning. 8 and the transmission unit's connecting part 27 shown more practicable in section. As already explained, the double-conical shape of the coupling unit serves, together with the upper part 28, to facilitate insertion into the oil transfer unit's centering funnel 26, which is indicated dashed for inserted coupling unit. A sleeve 29 with a collar for which the cart 12 has a suitable recess serves to protect the lead hose 8 when it is inserted into the moonpool cart 12. The line hose 8 is replaced in the interior of the connection unit 9 with pipe pieces 30 and 31 with an intermediately connected three-way valve 32. A ring line 33 is connected to the three-way valve 32. Several outgoing pressure jet nozzles can be connected to this ring line, e.g. four arranged at right angles to each other, two of which are shown in the drawing and denoted by 21 and 21'. To enable control, each outlet nozzle 21 can be closed with a separate shut-off valve 34. These valves, which are equipped with throttling flaps 35, can e.g. at 36 be connected with a hydraulic control line.

I tilslutning til rørstykket 31 er der montert en koblings-mekanisme 26 som omfatter flere krumme vektstenger 3 7 som er fordelt over dens omkrets og lagret dreibart ved 38. På den frie ende 39 av vektstangen 37 angriper en trykkfjær 40. Denne er med sin annen ende fiksert på koblingens hus. I innkoblet tilstand som vist, ligger endene 41 av de krumme vekstenger 37 fast an mot undersiden av flensen 42 på overføringsenhetens rørstuss og presser den fast mot en flens som sitter på rørstykket 31 i det indre av koblingshuset 6. I det indre av koblingshuset sitter likeledes en kuleventil som lukker for den nedre ende av røret 31 under posisjoneringsprosessen. In connection with the pipe piece 31, there is mounted a coupling mechanism 26 which comprises several curved weight rods 3 7 which are distributed over its circumference and rotatably supported at 38. On the free end 39 of the weight rod 37, a compression spring 40 engages. This is with its other end fixed on the housing of the coupling. In the connected state as shown, the ends 41 of the curved risers 37 lie firmly against the underside of the flange 42 on the transfer unit's pipe spigot and press it firmly against a flange that sits on the pipe piece 31 in the interior of the coupling housing 6. In the interior of the coupling housing likewise sits a ball valve which closes the lower end of the tube 31 during the positioning process.

Etter at den mekaniske forbindelse og slangeforbindelsen er etablert, blir treveisventilen 32 omstillet til transport, hvorved kuleventilen i koblingshuset 26 og i overføringsenheten blir åpnet. Derpå kan jordoljen som tilføres i oljetransport-ledningen 6, pumpes opp i tankbåten fra produksjonsenheten. After the mechanical connection and the hose connection have been established, the three-way valve 32 is switched to transport, whereby the ball valve in the coupling housing 26 and in the transfer unit is opened. The crude oil supplied in the oil transport line 6 can then be pumped up into the tanker from the production unit.

Når koblingsenheten 9 skal skilles fra overføringsenheten 5 etter avsluttet lasteoperasjon, må det sikres at der ikke kan tre olje ut i sjøen idet forbindelsen løses. Til dette formål blir der etter lukning av stengeventilen i overføringsenheten 5 innledet en spyling av skillestedet og ledningsslangen 8 via en spyleventil anordnet i koblingsenheten 9. For å understøtte tilstrømningen av sjøvann blir en sugepumpe på tankbåten via lasteraanifolden koblet til ledningsslangen 8. Etter avsluttet spyling pådras et hydraulisk stempel 43 som via en stang-mekanisme samt fjærene 40 opphever låsningen av delene 41 og 42, så koblingsenheten etter omkobling av treveisventilen 32 kan trekkes ombord med kranen. Den blir da trukket inn i moonpoolvognen 12 og sammen med den ført til veiens øvre begrensning. When the coupling unit 9 is to be separated from the transfer unit 5 after the loading operation has been completed, it must be ensured that no oil can escape into the sea when the connection is released. For this purpose, after closing the shut-off valve in the transfer unit 5, a flushing of the separation point and the line hose 8 is initiated via a flush valve arranged in the coupling unit 9. To support the inflow of seawater, a suction pump on the tanker is connected to the line hose 8 via the loading manifold. After the flushing is completed, a hydraulic piston 43 which, via a rod mechanism and the springs 40, cancels the locking of the parts 41 and 42, so that the coupling unit after switching the three-way valve 32 can be pulled aboard with the crane. It is then pulled into the moonpool wagon 12 and taken with it to the upper limit of the road.

For å gjøre det mulig fra tid til annen å kontrollere koblingsenheten kan kranarmen 15 kjøres til en høyere posisjon og de øvre endeanslag for vognen fjernes. Dermed kan vognen 12 med koblingsenheten 9 trekkes ut av moonpoolen 7 og stilles ned og kjøres på en arbeidsplattform som dekker over moonpoolen. Arbeidsplattformen er på fig. 2 betegnet med 44. To make it possible from time to time to check the coupling unit, the crane arm 15 can be driven to a higher position and the upper end stops for the carriage removed. Thus, the carriage 12 with the coupling unit 9 can be pulled out of the moonpool 7 and set down and driven on a work platform that covers the moonpool. The work platform is in fig. 2 denoted by 44.

Claims

1. Underwater coupling unit which is lowered into the water from a water vessel and serves to establish a mechanical connection and a hose connection with a transmission unit which is anchored on the seabed and connected to an oil transport line, at the same time that the coupling unit is equipped with devices for positioning and driving, characterized in that the coupling unit is controllable in six degrees of freedom in its lowering movement by means of a winch system on board the watercraft and via a drive device powered by water jets which is supplied with pressurized water from the watercraft via a line hose.

2. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the oil load or ballast pump and the oil transfer hose serve to produce pressurized water and lead it on to the coupling unit.

3. Coupling unit as specified in claim 1, characterized in that the water jet drive device in the coupling unit is remotely adjustable via throttle flaps, at the same time as the control lines are integrated into the oil transfer hose.

4. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the coupling unit has a double-conical design to facilitate the coupling operation.

5. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the coupling unit is equipped with a measuring system for position determination and position determination in relation to the oil transfer unit.

6. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the coupling unit is equipped with a control and monitoring system.

7. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the coupling unit exhibits both a device for establishing the mechanical connection and a device for automatically or remotely controlled provision of the hose connection.

8. Coupling unit as stated in claim 7, characterized by its use as a transport unit, where the mechanical connections to permanently anchored or movable transportable units are established.

9. Coupling unit as stated in claim 1, characterized in that the coupling unit and the cable hose are led through a guide shaft (moonpool) in the watercraft.

10. Coupling unit as specified in claim 9, characterized in that the coupling unit during the lowering and hauling-in operation is guided by means of a carriage in the guide shaft.