NO840573L - Fremgangsmaate og anordning for aa forbinde undevanns produksjonsutstyr med en flytende installasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for å forbinde undervanns utstyr med en flytende installasjon, og særlig for å forbinde undervanns produksjonsutstyr for hydrokarboner med en flytende installasjon for lagring, behandling eller styring.

Vanligvis forbindes undervanns produksjonsutstyr for hydro-karbonproduksjon med flytende installasjoner for lagring, behandling eller styring ved hjelp av et rør eller flere rør som kalles stigerør. Stigerør har blitt benyttet i flere utførelser etter at de først ble tatt i bruk. Den foreliggende oppfinnelse angår stigerør som består av flere enkeltrør, idet et midtre rør er omgitt av flere rør. Denne type stigerør kan være av to typer, nemlig fast sammenhengende og ikke fast sammenhengende.

Når stigerør føres fra en overflaterigg omfatter de vanligvis rørlengder på omtrent 15 meter. Disse rørlengder sammenføyes og senkes til sjøbunnen. Det er fremgangsmåten for sammenkobling av stigerørene og nedføringen av disse til sjøbunnen som bestemmer hvorvidt stigerøret er av den sammenhengende eller ikke sammenhengende type.

Et sammenhengende stigerør dannes når en rørlengde som består av det midtre rør og flere omgivende rør, er permanent sammenføyd. Når en stigerørlengde festes til en annen stigerørlengde føres alle enkeltrørende sammen og sammen-føyes samtidig. Dette medfører den fordel at sammenføy-ningen og nedføringen av rørene skjer hurtig. Det betyr også at når stigerøret bæres eller settes under strekk ved overflaten trengs det bare et enkelt feste. Det er imidlertid også en alvorlig ulempe. Fordi de ytre rørene er fast sammenføyd med det midtre rør virker hele stigerøret som et enhetlig element. Når stigerøret bøyes, hvilket er normalt under drift, vil de ytre rørene utsettes for den største belastning. I mange tilfeller er det ikke praktisk gjennomførlig å lage de ytre rørene og deres understøttel- ser tilstrekkelig solide. Alternativt kan det benyttes fleksible sammenføyninger, men dette medfører problemer på grunn av tæring og slitasje.

Ikke sammenhengende stigerør er stigerør der de ytre rørene ikke er fast forbundet med hverandre eller med det midtre rør. Det midtre rør har vanligvis føringer med jevne mellomrom langs sin lengde, for å holde de ytre rørende i korrekt stilling. Vanligvis føres det midtre rør først ned og festes til utstyret under vannet. De ytre rørende føres deretter ned gjennom føringene, et av gangen, og festes til utstyret under vannet. Hvert av de ytre rør settes under strekk hver for seg fra overflaten og virker uavhengig av de øvrige. Dette arrangement medfører den fordel at de enkelte rør kan heves dersom det blir skadet, uten at dette påvirker resten av stigerøret.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en løsning som kombinerer fordelene med sammenhengende og ikke sammenhengende stigerør. Fremgangsmåten og anordningen i henhold til oppfinnelsen, som angår sammenføyning-en mellom de ytre rør og det midtre rør innebærer at stige-røret utgjør et sammenhengende stigerør inntil sammenføy-ningene er foretatt. Etter sammenføyningen virker stige-røret som et ikke sammenhengende stigerør.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser i perspektiv et sammensatt stigerør dannet av flere rør.

Fig. 2 viser et stigerør med løsbare enkeltrør.

Fig. 3 viser, sett fra siden og delvis i snitt, endene av to seksjoner før sammenføyningen. Fig. 4 viser endene av to seksjoner etter sammenføyningen. Fig. 5 viser endene av seksjonene i sammenføyd og sperret tilstand.

Fig. 6 viser sperreplatene i ikke-sperrende stilling.

Fig. 7 viser et enkeltrør som er frigjort for å trekkes opp. Fig. 8 viser, sett fra siden og delvis i snitt, en undervanns installasjon og en rekke stigerør som er tilkoblet denne. Fig. 9 og 10 viser et enkeltrør som sperres til og deretter løses og trekkes opp fra installsjonen.

Fig. 11 viser et lengdesnitt gjennom en muffeskjøt.

Fig. 12 viser muffeskjøten sett i perspektiv, delvis i snitt. Fig. 13 og 13a viser fingre i muffeskjøten som er bøyd på grunn av ujevnt fordelte krefter. Fig. 14 og 14a viser, henholdsvis i tverrsnitt og lengdesnitt, de indre rør i et produksjons-stigerør. Fig. 15 til 21 viser mekanismen for tilkobling og frakobling av et stigerør til en undervanns installasjon. Fig. 22 til 32 illustrerer skjøter som kan danne store vinkler og skjøter for flere enkeltrør. Fig. 1 viser en plattform 10 for opphengning av et fler-rørs stigerør, understøttet på en overflaterigg som ikke er vist, ved hjelp av kabler 12 og 14. Som vist i fig. 2 er

de ytre rørene 16 festet til det midtre rør 18 ved hjelp av en øvre ramme 20 og en nedre ramme 22 ved hver sin ende av skjøten. Hver ramme 20, 22 består av to plater, nemlig en føringsplate 24 for å holde alle enkeltrørene i korrekt

horisontal stilling og en sperreplate 26 som holder rørene i korrekt vertikal stilling. Sperreplaten 26 omfatter hull 28 for rørene. Hullene 28 (fig. 2) er langstrakte, idet en ende 28a er tilstrekkelig stor til at røret og koblingene

kan føres gjennom, mens den annen ende 28b er mindre og er dimensjonert for å passe inn i et sperrespor 30 i røret 16. Sperreplaten 26 kan beveges i forhold til styreplaten 24.

I en stilling av sperreplaten (fig. 6) kan røret 16 beveges fritt vertikalt. Når sperreplaten 26 er beveget slik at den minste enden 28b av det langstrakte hullet 28 befinner seg i sperresporet 30 i røret 16 sperres røret vertikalt, slik som vist i fig. 4.

I henhold til en foretrukket utførelsesform er hvert rør 16 sammenføyd med det neste rør under seg ved hjelp av en kobling 32 som sperres ved bruk av en forskyvbar ytre hylse 34. De forskyvbare hylser 34 til alle enkeltrørene og koblingene er sammenføyd ved hjelp av rammene 20, 22 ved den ende av skjøten som er beskrevet ovenfor. Når således koblingen 32 til det mindre rør 18 er sperret er koblingene for alle de ytre rørene sperret samtidig.

Når således stigerøret skal føres ned fra et overflatefar-tøy til sjøbunnen, holdes rørseksjonen vertikalt med sin øvre ende ved arbeidsgulvet på overflatefartøyet, slik som vist i fig. 1. Den neste rørlengde 20 senkes, slik som vist i fig. 3, og føres sammen med rørseksjonen 22, slik som vist i fig. 4. De ytre rørene 16 holdes i forhold til det midtre røret, det vil si at sperreplaten 26 er ført inn i hvert av sperresporene 30. Enkeltrørene i en rørseksjon sperres til rørene i den annen rørseksjon ved å bevege den forskyvbare ytre hylsen 34 slik som beskrevet og vist i fig. 5. Deretter beveges alle sperreplatene som tilhører denne koblingen til ikke sperrende stilling, vist i fig. 6. De ytre rørene er således bare festet til det midtre røret 18 ved hjelp av rammen 20 øverst på den sist nedførte seksjon. Stigerører senkes deretter slik at toppen av den sist nedførte seksjon er ved arbeidsgulvet på overflatefar-tøyet, og det anbringes en ytterligere seksjon. Til slutt føres hele stigerøret ned og sperres til utstyret under vann, slik som vist i fig. 8, og hver enkelt rørstreng settes under strekk ved overflaten når den siste sperreplaten er beveget til ikke sperrende stilling. Dersom det er nødvendig for reparasjon kan et enkelt rør trekkes opp til overflaten etter at dette har skjedd, slik som vist i fig. 7.

For at systemet skal være praktisk å bruke må koblingene 34 som sammenføyer hver lengde av de ytre rør 16 være forholdsvis små i diameter. Ettersom disse betjenes manuelt på overflatefartøyet, kan dette oppnås. Koblingen som sperrer rørene til utstyret under vann må kunne fjernsty-res, hvilket vanligvis betyr at koblingene er større enn de mellomliggende koblinger. For å løse dette problem er det foreslått en kobling der en enkelt, stor kobling sperrer alle de ytre rørene og det midtre røret til utstyret under vann. Hvert av de ytre rør er igjen sperret til den store kobingen 36. Sperremekanismen for rørene er en del av den store koblingen 36 (fig. 8, 9 og 10). Dette arrangement menfører to fordeler. For det første heves bare en ende av røret når et enkelt rør 16 trekkes opp til overflaten, det vil si at koblingen 38 blir stående igjen. For det annet behøver energien for å aktivere koblingen (f.eks. hydraulisk) ikke å tilføres ned gjennom hver enkelt rørstreng. I stedet for tilføres den gjennom en felles ledning som er en del av stigerøret. Denne felles ledning for energitilfør-sel kan om nødvendig trekkes opp for reparasjon. Således medfører opptrekking av et enkeltrør til overflaten ingen vanskelig håndtering, frakobling og ny tilkobling av led-ninger for energitilførsel og styring.

Under bruk utsettes stigerør for belastning som skyldes bølger, strømmer og vekten til stigerørene. Disse belastninger bevirker at stigerøret bøyes. For å holde bøyningen på et minimum settes stigerøret under strekk. På grunn av at de ytre belastninger varierer vil belastningene og spenningene i stigerøret også variere.

Det er to vanlige problemer med stigerør. Det første er at koblingene svikter på grunn av utmatting som et resultat av de varierende belastninger, og det annet er at koblingene har tendens til lekkasje, særlig når det indre trykket er høyt. Et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse vedrører å unngå disse to problemer.

For å sammenføye rørseksjonene er enden av en seksjon tilstrekkelig stor i diameter til å kunne føres utenpå enden av den annen seksjon. Den største enden utgjør en muffe, og den kan skyves inn på den tynnere enden til den annen seksjon. Sperreelementer på innsiden av muffen føres inn i et spor på utsiden av den tynne enden. Sperreelementene befinner seg således mellom muffen og den tynne enden, og aktiveres av skruer som er ført inn fra utsiden av muffen. Denne type kobling er den mest vanlige stigerørkobling som benyttes for tiden. Den er hurtig og enkel å bruke og virker pålitelig under de fleste forhold. Under vanskelige forhold har den imidlertid en tendens til å svikte, hovedsakelig på grunn av den ujevne belastning.

Mange alternative typer koblinger har vært foreslått for å overvinne belastningsproblemene beskrevet ovenfor, og en slik kobling som har vist seg å være brukbar er en særskilt type muffekobling. Muffen føres utenpå den tynne enden slik som tidligere, men en hylse på utsiden av muffen holder komponentene sammen, slik som vist i fig. 11. Den grunnleggende teori bak denne utformning er velkjent. For å oppnå gode egenskaper med hensyn til å motstå utmatting holdes strekkspenningene på et minimum, og variasjonen i strekkspenningene holdes også på et minimum, idet det hovedsakelig er strekkspenninger som forårsaker utmatting. Det oppnås å holde variasjonene i strekkspenningene lave ved å sikre at koblingen forbelastes og at tverrsnittsarealet som forbelastes med strekk er lite i forhold til det tverrsnittsarealet som forbelastes med kompresjon.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en muffeskjøt som sikrer gode egenskaper med hensyn til å motstå utmatting. Som vist i fig. 12 er den lengde som muffen føres inn på den tynne enden tilstrekkelig lang til å sikre at bøyepåkjenningene opptas med mini-male spenninger. Strekkbelastningene opptas av en lang muffe 40 med spiler på utsiden av muffen 42 og den tynne enden 44. Lengden av muffen med spiler er tilstrekkelig til at påkjenningene som skyldes bøyning i skjøten er meget små. Således vil muffen 40 med spilene, som overfører strekk-kraften i koblingen, bare utsettes for meget små spenninger og spenningsvariasjoner på grunn av bøyebelast-ninger.

Det er nevnt ovenfor at forbelastning av koblingen er et grunnleggende prinsipp for å oppnå god utmattingsfasthet.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en fremgangsmåte for å sikre korrekt forbelastning på koblingen hver gang denne kobles sammen. Når det benyttes skruer eller kiler vil graden av forbelastning avhenge av dyktigheten og nøyaktigheten til operatøren. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er de lastoverførende flater på muffen 40 avskrådd, i likhet med eksisterende ut-førelser. Ved sammenkoblingen kommer den lastoverførende flate på muffen 40 i kontakt med den lastoverførende flate på den tynne rørenden. Det skjer ikke fullstendig sammen-føyning, fordi muffen med spilene med hensikt er laget noe kort. Full sammenføyning inntreffer når den ytre sperrehylsen 46 skyves inn over muffen med spilene og de skrådde lastoverførende flatene virker som en kile og strekker muffen med spilen. Sperrehylsen og hytteflaten på muffen kan også være svakt koniske for å unngå snevre tolleranser. Dette betyr imidlertid at stillingen til sperrehylsen bestemmer graden av forbelastning i muffen. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er flatene på hylsen og muffen parallelle med hylsebevegelsen. Sperrehylsen 46 behøver derfor bare og ligge innen et stort område med hensyn til plassering for å sikre at det oppnås korrekt forbelastning. Den lange muffen betyr at det ikke trengs snevre tolleranser, fordi den lange muffen minsker variasjonen i strekking av muffen til en liten spenning. For at sperrehylsen og muffen skal virke tilfredsstillende under sammenkobling og frakobling er det anordnet en avtrapning 48, slik som vist i fig. 13a. Avtrapningen sikrer at belastningene hele tiden fordeles jevnt og at sperredelen av muffen ikke utsettes for for stor bøyning i den kritiske fase av frakob-lingen .

En ulempe med muffen 40 som har spiler er muligheten for skader. Spilene er nødvendigvis tynne for å oppnå de kor-rekte arealer for strekk og trykk og for å muliggjøre at spilene kan bøyes for tilkobling og frakobling. Foreliggende oppfinnelse medfører at spilene beskyttes på to måter. For det første dekker sperrehylsen 46 fullstendig spilene både i sperrestilling og når den er ute av sperrestilling. For det annet er bevegelsesretningen i sperrebevegelsen den retning som bevirker strekk i spilene. Under bevegelsen for å oppheve sperringen avlastes strekket. Således beskyttes de tynne spilene mot å utsettes for kompresjonsbe-lastninger som kan bøye spilene. Sperrehylsen 46 er også utstyrt med tetninger 50 i hver ende for å sikre at de indre deler av koblingen beskyttes mot omgivelsene.

Hittil er beskrevet sammenkoblingen mellom seksjonene av stigerøret. Noen stigerør består av flere enkeltrør. Når det benyttes flere rør kan det oppstå tetningsproblemer, særlig ved høye trykk. Et vanlig stigerør med flere enkeltrør omfatter et ytre rør som inneholder flere indre rør. Den ovenfor beskrevne kobling kan benyttes for sammenkobling av seksjonene til stigerøret, det vil si for sammenkobling av de ytre rørene. Vanligvis benyttes ikke koblinger for de indre rørene. Det er anordnet tetninger i rørskjøtene. Disse tetninger er vanligvis elastomere fordi det opptrer lave trykk. For høyere trykk (f.eks. 700 kp/cm 2) og lang brukstid foretrekkes metalltetninger.

Noen metalltetninger krever imidlertid meget snevre tolleranser. Når det bare skjøtes et rør er det forholdsvis enkelt å overholde disse tolleranser. Når det imidlertid trengs flere tetninger i den samme blokken er det urealis-tisk å oppnå tilstrekkelig posisjoneringstolleranser. Den foreliggende oppfinnelse reduserer dette problem. Som vist i fig. 14 og 14a holdes hvert enkeltrør i en blokk på endene av det ytre rør. Ved en ende rager rørene ut fra blokken. Rørene rager tilstrekkelig langt ut til at enden av røret kan bøyes fra side til side som en kragbjelke.

Når enden av en rørseksjon er bragt i kontakt med en annen seksjon, vil rørene som rager ut fra blokken bøyes litt når skråflaten på metalltetningen kommer i kontakt med anleggs-flaten på det annet rør. På denne måte vil unøyaktigheter med hensyn til sideveis anbringelse av rørene bli kompen-sert for. Lengden av rørene som rager ut fra blokken er tilstrekkelig til å bevirke lave spenninger og tetnings-krefter.

De sideveis tolleranser er nevnt ovenfor. Langsgående tolleranser er også viktig. For meget lange rør, slike som brukes i stigerør, er det praktisk umulig å oppnå den lengdetolleranse som kreves for metalltetningen. Rørene strekkes derfor mellom de to endeblokkene. Dette har to virkninger. For det første unngås tolleranseproblemet, fordi bare den korte lengde av rørene som rager utenfor en endeblokk behøver å ha snevre tolleranser. For det annet løses problemet med termiske spenninger. Rørene holdes fast i hver ende. Når varme hydrokarboner strømmer gjennom rørene vil disse ekspandere og bøye seg. Når rørene er strukket vil den termiske ekspansjon minske den opprinne-lige forbelastning, og den resulterende trykkbelastning vil være av en størrelse som rørunderstøttelsene tåler. Den termiske ekspansjon av rørene som rager gjennom endeblokken samt trykket i rørene er en målbar og forutbestemt belastning som kan tas hensyn til ved bestemmelse av dimensjonene og utmattingsegenskapene til muffekoblingen.

Det vises til fig. 15-21.

Når utstyr senkes til sjøbunnen styres dette vanligvis til korrekt stilling ved hjelp av kabler som er forbundet med stolper på installasjonen under vann. På dypt vann er arbeidet med montering av kablene og å holde disse strukket samt å unngå at de hekter seg fast vanskelig. I de senere år har oljeindustrien benyttet en teknikk uten styreliner for utforskning på dypt vann. Denne teknikk omfatter vanligvis en eller annen type styrekonus for å trekke utstyret til korrekt stilling når det senkes ned til installasjonen under vann.

Den mest vanlige bruk av denne teknikk har hittil vært senkning av ventiler for å hindre utblåsning (BOP) til et undervannsbrønnhode. I dette tilfelle holdes stigerøret eller borerøret som bærer ventilen vertikalt på grunn av den store vekten av ventilen. Etter hvert som det samles erfaring ved bruk av teknikken uten styrekabler antas denne teknikken å ville bli benyttet for andre oppgaver når det forventes større vinkler mellom stigerøret og vertikalretningen. Den foreliggende oppfinnelse angår tilkobling og frakobling av stigerør eller annet undervannsutstyr når dette danner en vinkel med vertikalretningen. Den vanlige grunn til at stigerøret danner en vinkel er enten strøm-ningskrefter som virker på stigerøret før dette tilkobles under vann eller at overflatefartøyet er ute av stilling når stigerøret frakobles under vann.

Et annet problem knyttet til det undervanns koblingsutstyr er vertikal bevegelse. Overflatefartøyet beveger seg opp og ned med bølgende, og selv om det benyttes utstyr for å kompensere for bevegelsene hindres vanligvis ikke all vertikal bevegelse.

Løsningen på problemet med å feste et stigerør som danner en vinkel med vertikalretningen er å utøve et opprettende moment for å bringe røret til vertikal stilling. Ved små vinkler kan sperremekanismen til koblingen gi dette moment. Ved større vinkler kan imidlertid koblingen ikke gi dette moment.

Når stigerøret danner en vinkel med vertikalretningen og sperres på installasjonen under vann er det mulig for koblingen å knipe seg fast på installasjonen under vann når den skal løsgjøres, på en slik måte at koblingen kniper seg mere fast jo mere det trekkes i stigerøret.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en mekanisme for pålitelig tilkobling og frakobling av et stigerør eller annet utstyr når det danner en vinkel med vertikalretningen og utsettes for vertikal bevegelse. Installasjonen (fig. 15) består av en dor 50, omgitt av en konus 52 på installasjonen under vann, med en kobling 54 og en styreramme 56 på den nedre ende av stigerøret. Styrerammen 56 er festet til stigerøret ved hjelp av hydrauliske sylindere 58, slik at styrerammen fritt kan bevege seg vertikalt i forhold til stigerøret, og også danne en vinkel med senterlinjen til stigerøret. Styrerammen 56 kobles til konusen 52 og koblingen på stigerøret kobles til doren.

Denne utføres vanligvis på følgende måte. Stigerøret senkes mot installajsonen under vann. Utstyr som avføler posisjonen indikerer de innbyrdes stillinger av enden til stigerøret og installasjonen under vann. Dersom det er stort avvik beveges overflatefartøyet. For mindre avvik aktiveres en dyse på siden av stigerøret og rettes i riktig retning ved å dreie stigerøret. Dysen skyver stigerøret inntil dette befinner seg innen det område der sammenkobling er mulig (fig. 16).

Stigerøret senkes deretter inntil styrerammen 56 føres ned på konusen 52. Når styrerammen er ført ned på konusen innretter den seg etter konusen (fig. 17). Stigerøret danner fremdeles en vinkel med vertikalretningen og beveger seg dessuten vertikalt på grunn av bevegelsene til overflate-fartøyet. Vanlige kompensatorer for bevegelsen er anordnet på overflatefartøyet, men når stigerøret ikke er festet under vannet er det meget usannsynlig at kompensatorene er i stand til å reagere nøyaktig. Når styrerammen er anbragt på konusen vil rammen være stasjonær, og stigerøret vil ikke bevege seg vertikalt i forhold til denne. Det hydrauliske system for de hydrauliske sylindere 58 som forbinder styrerammen med stigerøret kan være slik innrettet at det enten ikke overføres noen kraft eller det overføres en begrenset kraft, hvilket skal forklares nærmere. Det neste trinn er å sperre styrerammen 56 til konusen og å dreie stigerøret til riktig orientering. De klemelementer som låser styrerammen til konusen holder ikke delene tett sammen. Styrerammen kan derfor dreies på konusen inntil den kommer til anlegg mot et stoppeelement. Deretter aktiveres det hydrauliske system fra overflatefartøyet, og de hydrauliske sylindrene trekker stigerøret ned på doren i midten av konusen. Når stigerøret og koblingen beveger seg nedover i styrerammen bevirker formen kontaktpunkter som gir et moment på stigerøret, og stigerøret tvinges til vertikal stilling like før det kobles sammen med doren (fig. 17). Til slutt sperres koblingen til doren (fig. 18), og klemelementene på styrerammen løsgjøres.

Når det er nødvendig å frakoble stigerøret fra utstyret under vann, frakobles koblingen. Dersom stigerøret danner en vinkel med vertikalretningen, vil de sidekrefter som vanligvis ville bevirke at koblingen roterer og kniper seg fast opptas av styrerammen 56. Under denne belastning svinger styrerammen om sin ytre kant og svinger bort fra konusen, og beveger koblingen i en bestemt retning (fig. 19). Dette skjer mere effektivt jo mindre høyde konusen har i forhold til sin diameter.

Et formål med oppfinnelsen er å komme frem til midler for å tilkoble et stigerør som danner en vinkel med vertikalretningen og beveger seg opp og ned. Kreftene som kreves for å bevege stigerøret er større enn det som kan oppnås med eksisterende koblinger. Det er derfor anordnet en styreramme som sperres til utstyret under vann og er uavhengig av det meste av belastningen på stigerøret. Fig. 20 viser hvordan styrerammen virker. Styrerammen forskyves nedover på konusen for å anbringe seg selv i korrekt stilling på konusen. Stigerøret beveger seg også sideveis sammen med styrerammen, men kreftene som opptrer er små. Når styrekonusen kommer til den stilling som er vist i fig. 20, er en del av styrerammen i kontakt med en horisontal flens på konusen på bunnen. Dette kontaktpunkt er i fig. 20 angitt som det vertikale reaksjonspunkt. Vekten av styrerammen og den vertikale reaksjon fra konusen på bunnen gir det nød-vendige moment for å innrettet styrerammen etter konusen, det vil si å bringe styrerammen til vertikal stilling. Det innrettende moment må overvinne andre momenter (f.eks. momenter forårsaket av en horisontal kraft mot stigerøret), men dette er bare et spørsmål om å beregne den nødvendige vekt.

For å sikre at styrerammen kommer i kontakt med den horisontale flens på konusen på bunnen og således bevirke den vertikale reaksjon, er det anordnet en horisontal reaksjonsflate på styrerammen. Høyden av den horisontale reaksjonsflate på styrerammen må være tilstrekkelig til å sikre at den alltid kommer i kontakt med den ytre flens på konusen på bunnen ved alle forventede vinkler for styrerammen. Denne vinkel er hovedsakelig inntil det dobbelte av den maksimalt forventede vinkel for stigerøret, fordi styrerammen 56 må kunne bevege seg i alle retninger i forhold til stigerøret. I verste fall vil bevegelsesfriheten til styrerammen komme i tillegg til stigerørets vinkel. Styrerammen vil således rette seg inn etter konusen på bunnen på en kontrollert og forventet måte.

Når styrekonusen 60 er innrettet etter konusen 52 vil klemelementer sperre styrerammen i forhold til doren. Disse klemelementer befinner seg i område ved den horisontale reaksjonsflate på styrerammen, og griper under den ytre flensen på konusen (stigerøret og styrerammen kan nå dreie dersom dette er nødvendig, slik som beskrevet tidligere).

Det er nå dannet en sammenkobling mellom stigerøret og installasjonen under vann som muliggjør at stigerøret kan innrettes etter doren. Når de hydrauliske sylindre trekker stigerøret og koblingen gjennom styrerammen har disse slike profiler at kontaktpunktene har stor avstand i høyden. Dette er vist i fig. 17. Det nedre kontaktpunktet på styrerammen leder den nedre del av koblingen mot midten av styrerammen. Det samme skjer med det øvre kontaktpunkt.

De to kontaktpunkter bevirker således det nødvendige moment for å innrette stigerøret etter doren, det vil si å rette opp stigerøret til vertikal stilling. Fig. 21 viser en hydraulisk krets for å styre de hydrauliske sylindrene 58 som kobler styrerammen til stigerøret. Disse sylindre kan brukes på flere måter. Når styrerammen entrer konusen under vann er det mulig å utelate hydrauliske krefter fra sylindrene, slik at ingen krefter over-føres mellom styrerammen og stigerøret. En annen mulighet er at en viss kraft overføres fra sylindrene for å hjelpe konsentrasjonsutstyret på overflatefartøyet. Det er tidligere nevnt at stigerørene vanligvis holdes av overflate-fartøyet av bevegelseskompensatorer. Når stigerøret ikke er tilkoblet er det ikke noe annet som kompensasjonsutstyr-et kan virke mot enn massen til stigerøret. Det er derfor foreslått å justere antallet akkumulatorer og deres trykk slik at kraften som overføres av de hydrauliske sylindrene vil variere i avhengighet av forlengelsen av sylindrene. Når således stigerøret heves eller senkes vil kraften mot stigerøret fra sylindrene forandre seg og således utløse en reaksjon i bevegelseskompensatorene i overflatefartøyet. Fig. 21 viser akkumulatorene, anordnet på styrerammen, kob-let direkte til de hydrauliske sylindrene. Figuren viser også de nødvendige ventiler for å stenge akkumulatorene og å styre de hydrauliske sylindrene direkte fra overflate- fartøyet, slik det er nødvendig når stigerøret skal anbringes på doren under vann.

I det følgende henvises til figurene 22-32.

Fordi fartøyet som flyter på sjøen beveger seg på grunn av virkningen av vind, bølger og strømmer, er det nødvendig av rør som forbinder det flytende fartøy med sjøbunnen omfatter ledd som kan bøyes for å kompensere for bevegelsene. Dette kan enkelt oppnås for et enkelt rør som arbeider under lavt trykk, men problemet er betydelig mere komplisert for en bunt av produksjonsrør som utsettes for høyt trykk i en foring.

Løsningen for et enkelt rør er vanligvis et kuleledd. Et slikt ledd, av typen Murdock-ledd, muliggjør bevegelse om et punkt på lignende måte som et kuleledd, men er dannet av en kombinasjon av metall og elastomerer. Hovedfordelen er at det ikke er noen glidende deler, og dette eliminerer de fleste feil ved kuleledd.

Til bruk for flere rør i en bunt er det upraktisk å benytte kuleledd, på grunn av at avstanden mellom rørene derved ville bli for stor. Det er mulig å fremstille et Murdock-ledd med flere kanaler, med leddet ville bli komplisert og avstanden mellom rørene er større enn hva andre deler av det totale system vanligvis krever.

Den mest vanlige eller innlysende løsning er å føre en bunt av rør gjennom et bøyelig ledd slik at leddet kan danne vinkler mens de indre rør bare bøyes svakt. Den største ulempe ved dette er at de indre rør har en tendens til å få en skarp bøy i svingepunktet til det ytre hylster. På grunn av dette har det vært benyttet et ledd der det ytre hylster har varierende veggtykkelse. Når en sidebelastning virker øverst på leddet dannes det et bøyemoment i røret. Bøyemomentet øker proporsjonalt med avstanden fra belast ningen. Nederst i leddet er således momentet størst, og veggtykkelsen til røret øker gradvis langs røret for å motstå det økende moment. Den primære fordel med et slikt ledd er at det har en lang, jevn bue når det bøyes, slik at de indre rør ikke kommer i noen skarp bøy i leddet. Leddet medfører imidlertid alvorlige ulemper, ved at det bevirker et meget stort bøyemoment nederst, hvilket for de fleste anvendelser er uakseptabel. Det har vært foreslått at leddet skal lages av titan, som har en elastisitetsmodul som er omtrent halvparten av elastisitetsmodulen for stål. Selv om dette er en løsning, kan den bare anvendes for små diametere.

For uten problemene med å komme frem til en akseptabel løsning for å danne bøy i rørbunter, må to andre vilkår oppfylles. For det første kreves det større bøyevinkler enn vanlig, og for det annet kreves det høyere trykk. For større bøyevinkler vil det ovenfor nevnte problem med kuleledd og den annen type ledd øke.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til et ledd som kan benyttes for flere indre rør og som kan innta en stor vinkel og brukes for høye indre trykk, samt holde bøyemomentene på et minimum. For høye trykk, i størrelsen 700 kp/cm 2 når elastomere tetninger sin grense når det gjelder pålitelighet. Metalltetninger vil derfor være mest hensiktsmessige.

Oppfinnelsen omfatter en rekke bøyeledd i det ytre hylster, med høytrykksrørene på innsiden. De indre rørene er festet i hver ende av leddanordningen til det ytre hylster, og er anordnet for metalltetninger for forbindelsen til den neste del i utstyret (f.eks. et stigerør eller en kobling).

For å forstå hvordan oppfinnelsen virker er det nødvendig å forstå de problemer som ligger til grunn.

1. De indre rør kan bare bøyes i begrenset grad, primært bestemt av maksimalt tillatt spenning, rørdiameter og material (det vil si elastisitetsmodul). 2. Fordi rørene er begrenset til en bestemt lengde som er et resultat av at det benyttes metalltetninger, oppstår trykkpåkjenninger på grunn av termiske belastninger . 3. Når hele leddet er rett har det ytre hylster og de indre rør samme lengde. Når det inntreffer bøyning vil imidlertid det ytre hylster bøye seg i et punkt, mens de indre rørene bøyer seg i en kurve. Lengdene langs de to baner mellom de faste ender er forskjellige, men fordi både det ytre hylster og rørene er sammenføyd i endene oppstår ytterligere spenninger. 4. Når rørene bøyer seg vil noen rør være nærmere den midtre akse enn andre, slik at lengdene langs buene til rørene vil være forskjellige. Dette medfører økede spenninger på grunn av de forskjellige lengde-forandringer. 5. Når de indre rør står under trykk og er festet i endene vil det kunne oppstå bøyning på grunn av trykket. 6. Med flere ledd i det ytre hylster vil bøyning, skjær og strekk bevirke at de nederste leddene bøyer seg før de øvrige.

Dette er illustrert i fig. 22 og 23.

Anordningen av det ytre hylster er vist i fig. 24. For at hylsteret skal kunne innta sirkelbueform, som er det ideel-le for de indre rør, må leddene kunne motså en viss grad av bøyning. Hvert ledd må motstå bøyning proporsjonalt med sin beliggenhet i hele anordningen. Det er mange mulighet- er til å avstive et slikt ledd (fig. 25), men det foretrekkes et system som benytter fjærer. Fig. 26 illustrerer den valgte løsning for å motstå bøyning. For normal belastning oppnås stivhet ved hjelp av fjærene rundt omkretsen. Ved overbelastning, det vil si når leddet har kommet til maksi-mal bøyestilling, vil en forlengelse av den ytre hylsen hindre videre dreining. Fig. 27 viser et arrangement som benytter tallerkenfjærer, fig. 28 viser bruken av stag, og fig. 29 viser bruken av tallerkenfjærer 62 og et Murdock-ledd 64.

For å løse problemene med bukling er det foreslått å benytte understøttelser for å minske den kritiske buklingsleng-de. Fordi senterlinjen til det ytre hylster knekkes og senterlinjen til rørene er en sirkelbue, medfører dette et ytterliggere problem. Fig. 30 viser at det er en bestemt form der det ikke skjer noen lengdeforandring. Dette er et eller annet sted mellom rørets senterlinje på utsiden av hylsterets senterlinje. De steder i lengderetningen der senterlinjene krysser hverandre er alltid det samme uansett bøyevinkelen. I disse punkter anbringes de innvendige understøttelser for rørene (fig. 31).

Bøyeproblemene når rørene har forskjellig buelengde løses med en 180° vridning langs lengden av enheten. På denne måte blir buelengdene til alle rørene like (fig. 34).

Ved bruk av de beskrevne trekk holdes alle spenningspro-blemene innen rimelige grenser. Det primære, med hensyn til spenningene, er å begrense høye strekkspenninger, fordi en enhet av denne type må ha gode egenskaper med hensyn til å motstå utmatting. Med de beskrevne trekk er de fleste områder med høy spenning utsatt for trykkspenninger.

Bøyevinkelen er bare begrenset av hvor lang enheten er og hvor mange ledd som benyttes i det ytre hylster. Avstanden mellom leddene er avhengig av den kritiske buklelengde til de indre rør. For normale produksjonsrør er det funnet at hvert ledd bare trenger å bøyes mellom 3 og 6°. For slike vinkler, dersom det trengs tetninger, kan disse være av elastomer type (ettersom det ikke er høye trykk), og det kreves ikke noe vanlig kuleledd, idet arrangementet av fjærer og understøttelser vist i fig. 27 og 28 er tilstrekkelig .

Claims (9)

1. Produksjons-stigerør for undervanns utstyr,karakterisert vedat røret er sammenføyd for håndtering og anbringelse, og kan omdannes til ikke-sammenføyd tilstand under bruk, og omfatter midler for om-dannelse av røret mellom disse tilstander, samt midler for å koble røret under vann, for å muliggjøre at de enkelte rør kan trekkes opp til overflaten uten at koblingene eller hjelpeledninger må trekkes opp.

2. Kobling med muffe, karakterisert vedat det benyttes en lang rørdel og spiler på muffen, for å sikre at bøyepåkjenninger opptas av sammenføyningen, slik at bøyepåkjenningene mins-kes betydelig i det element av koblingen som utsettes for utmattingspåkjenninger.

3. Kobling som angitt i krav 2,karakterisert vedat den omfatter lange spiler på en muffe, hvilke eliminerer behovet for frik-sjonskonuser mellom muffen og sperrehylsen, og således muliggjør forspenning av spilene, bestemt av geometrien til koblingen i stedet for av dyktigheten til operatøren, under bruk av koblingen.

4. Kobling som angitt i krav 2,karakterisert vedat spilene har en avtrap ning, og at en sperrehylse hindrer bøyning av spilene under til- og frakobling.

5. Kobling som angitt i krav 2,karakterisert vedat den omfatter en sperrehylse som er utformet til å beskytte spilene mot fysiske skader, med tetninger på hver ende for å beskytte de indre komponenter mot omgivelsene.

6. Kobling som angitt i krav 5,karakterisert vedat sperrehylsen er forskyvbar på muffen i retning for tøyning av spilene under tilkoblingen, for å sikre at spilene ikke utsettes for skader på grunn av bukling.

7. Anordning med indre rørkoblinger,karakterisert vedat rørene strekkes mellom to endeblokker for å unngå tolleranseproblemer med metalltetninger, at de indre rør rager utenfor en av endeblokkene for å muliggjøre noe sideveis avbøyning og således unngå krav til nøyaktig posisjonering på grunn av metalltetninger .

8. Fremgangsmåte for å koble stigerør eller annet utstyr til undervanns installasjoner uten bruk av styrekabler,karakterisert vedat en konus anordnes på den undervanns installasjon og en styreramme anordnes på stigerøret, idet styrerammen innretter seg etter den undervanns konus før stigerøret tilkobles, og styrerammen innrettes etter koblingen på stigerøret og en dor når stige-røret trekkes mot doren.

9. Leddanordning til bruk i stigerør som omfatter flere høytrykks enkeltrør, karakterisert vedat en rekke ledd er anordnet i et ytre hylster, med enkeltrørene på innsiden, hvilke rør er festet ved hver ende av leddanordningen til det ytre hylster, og er innrettet til anbringelse av metalltetninger i tilkoblingen til den neste del av utstyret .