NO842405L - Anordning og fremgangsmaate for fortoeyning av et hydrokarbon-produksjonssystem tilknyttet et skip - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår hydrokarbon-produksjon fra offshore oljefelter til et flytende produksjonsanlegg ombord i et skip. Nærmere bestemt angår det en fremgangsmåte og en anordning for å muliggjøre fortøyning av skipet og å muliggjøre normal produksjon.

Eksisterende, flytende produksjonsanlegg basert på tankskip utviklet seg fra fortøyningsanordninger for tankskip. Etter en første suksess med slike enkle systemer ble det utviklet mere kompliserte typer, for å utvide driftsmulighetene. For å gi bakgrunnen for den foreliggende oppfinnelse skal det beskrives to fundamentalt forskjellige typer anlegg. Forskjellen ligger i fortøy-ningsmåten og i stigerøret som forbinder brønnhodene på sjøbunnen med tankskipet.

En type flytende produksjonsanlegg omfatter en bøye forankret til sjøbunnen ved hjelp av en konvensjonell forankring. Tankskipet festes til bøyen slik at det fritt kan drøye rundt bøyen etter hvert som forholdene til sjøs forandres. Stigerørene i dette anlegg er fleksible slanger.

Den annen type flytende produksjonsanlegg benytter et enkelt forankringsben eller tårn i stedet for liner eller lignende, og en stiv arm forbinder tankskipet med tårnet. Tankskipet kan dreie fritt rundt tårnet. I dette til-fellet virker tårnet både som stigerør og fortøynings-anordning.

Den foreliggende oppfinnelse innebærer en forbedring i forhold til tidligere kjente fremgangsmåter og anordninger, idet det er kommet frem til et produksjonsanlegg som er meget mobilt og forholdsvis upåvirket av vanndybden.

I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen er dette oppnådd ved bruk av et stigerør som settes under strekk, idet strekk og kompensasjon for bevegelser oppnås ved hjelp av et hydraulisk system. Stigerøret er tilkoblet en kardanopphengt mast som har midler for å feste tilleggslengder av stigerøret til dette mens stigerøret fortøyer skipet.

Et sugeanker med høy kapasitet og form som en avkortet kjegle gir stor vertikal holdekapasitet og høy kapasitet med hensyn til å motstå momenter.

I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen er det kommet frem til et system for å gi passiv bevegelse-kompensasjon i overgangen mellom et skip og et stigerør i et flytende produksjonsanlegg eller lagringstankskip, hvilket system omfatter et skip med fylte fremre tanker, en fagverksbro montert på dekket til skipet, svingbart i forhold til dette med sin bakre ende, idet den fremre ende rager ut fra bauen til skipet, et stigerør festet til den fremre ende av broen, vertikale stolper eller lignende langs sidene av broen, med tilstrekkelig høyde i forhold til den vertikale bevegelse til broen, en flottøranordning festet under broen til de fremre tanker, samt en dreiekobling for en produksjonsledning i et kardankryss montert i den fremre ende av broen, for tilkobling til et produksjons-stigerør.

I henhold til et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen angår denne et system for bevegelseskompensasjon for et tankskip fortøyd ved hjelp av et stigerør, og dette system omfatter en vippearm som forbinder et stigerør med tankskipet, samt et lodd festet til den ende av armen som er motsatt av stigerøret, slik at vippearmen kompenserer for bevegelse av tankskipet i forhold til stigerøret.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger.

Fig. 1, 2a og 2b viser skjematisk et fortøyningssystem

med et enkelt ben.

Fig. 3 viser skjematisk hovedideen ved den foreliggende

oppf innelse.

Fig. 4 viser retningen til krefter som virker på skipet. Fig. 5 viser, sett fra siden, systemet for håndtering av

stigerør og bevegelseskompensasjon.

Fig. 6 viser fremgangsmåten ved anbringelse av et stige- rør før dette festes til brønnhodet. Fig. 7 viser transport av produsert fluid fra masten. Fig. 8 viser i perspektiv et fartøy som omfatter den

foreliggende oppfinnelse.

Fig. 9 viser skjematisk et sugeanker med høy kapasitet,

sett fra siden.

Fig. 10, 11 og 12 viser systemet i fig. 5 sett fra siden. Fig. 13 viser en utførelsesform av en anordning i henhold

til oppfinnelsen montert i bauen til en fartøy.

Fig. 14 viser bauen til fartøyet vist i fig. 13.

Fig. 15 viser baupartiet i fig. 14 sett fra siden.

Fig. 16 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen,

sett fra siden.

Fig. 17 viser et utsnitt av fartøyet vist i fig. 16, sett

fra siden.

Fig. 18 og 19 viser utførelsesformer av systemet for

håndtering av stigerør, i henhold til oppfinnelsen. Fig. 20 viser skjematisk krefter som virker på skipet.

Fig. 21 er en lignende figur som fig. 20.

Fig. 22 viser forandringen av kreftene ved bruk av den

foreliggende oppfinnelse.

Fig. 23 og 24 viser en utførelsesform av en anordning i

henhold til oppfinnelsen, sett i perspektiv.

Det foreliggende oppfinnelse har nærmest tilknytning til det enkle fortøyningsben, men kjennskap til forskjellene vil bidra til forståelsen av oppfinnelsen. En forskjell mellom lineforankring og det enkle tårn er at en for-ankringsline bare virker i en retning, slik at det kreves mange liner for å gi krefter i flere retninger. Hoved-forskjellen ligger imidlertid i forankringen på sjøbunnen. Tårnet, som er stivt, bevirker en stor vertikal kraft mot sjøbunnen, mens forankringslinene er basert på vekten til tunge kjettinger og gir en horisontal kraft i sjøbunnen. Ved overflaten er prinsippene de samme for begge systemer. Holdekraften kommer fra den horisontale komponent av strekket i forankringslinen eller tårnet T, slik som vist i fig. 1.

I tårnet oppstår strekket på grunn av oppdrift, enten i toppen av tårnet T eller i armforbindelsen til tankskipet .

Tårnsystemet er utformet slik at det passer til vanndybden og sjøforholdene på et bestemt sted. For å flytte tårnet til et annerledes sted kreves det derfor modifi-seringer for tilpasning til den nye vanndybde. Systemet er også permanent ved at frakobling av tankskipet krever en bestemt frakoblingsoperasjon. På lignende måte er den flytende armanordning som gir oppdrift, selv om den er festet til tankskipet i en hengselforbindelse, en permanent del av tankskipet, hvilket gjør det vanskelig for tankskipet å skifte beliggenhet under vanskelige sjøforhold. Med hensyn til dypt vann har tårnsystemet begrensninger med hensyn til bruk. Fordi systemet er basert på at tårnet står på skrå for å gi holdekraft for tankskipet (det vil si en horisontal komponent av strekket), svinger toppen av tårnet nedover etter hvert som skrå-retningen til tårnet øker, slik som vist i fig. 2b. Denne vertikale forskyvning er proporsjonal med vanndybden. På dypt vann krever armanordningen Y enten større bevegelse, eller oppdriftskraften må økes for å minske kravene til skråstilling for tårnet. Uansett blir hele systemet stort, hvilket minsker dets praktiske og økonomiske brukbarhet.

Forankringssystemer med liner, som er mindre permanente enn systemer med tårn og armer, har lignende begrensninger. Bevegelser og kjettingstørrelser blir upraktiske under vanskelige sjøforhold og dypt vann.

Armanordningen Y er felles for de fleste store anlegg. Den er koblet til skipet S med hengsler H, langs en kant. Armanordningen er nødvendigvis stor, av følgende grunner: Dens lengde skal i frihet for stampe- og duvebevegelser, og dens bredde må være slik at den muliggjør direkte tilkobling til bauen eller akterenden av skipet med kanten.

Den er tung, for å være i stand til å tåle store strekk-og trykkrefter og torsjonsbelastninger som skyldes bølge-virkningen.

I alle tilfeller har armanordningen bare frihet til å svinge opp og ned. Når skipet ruller må konstruksjonen følge skipet, hvilket belaster hengseltappene og dreier den forholdsvis lange armanordningen om tilkoblingen til stigerøret, tårnet eller bøyen. Dette er et alvorlig belastningsproblem. Duving vil også trekke hele armanordningen til siden, hvilket kompliserer kraftkombina-sjonen i hengslene.

Armanordningene er derfor meget robuste og tilsvarende tunge. Selv de minste, som benyttes under meget mode-rate sjøforhold, veier 500 - 600 tonn. Den best kjente enhet, TAZERKA, har en vekt på over 2000 tonn.

Bøyesystemer bortfaller ved overskridelse av en grense på 150 meter dybde. Kjegler med tilhørende armanordninger bortfaller også hovedsakelig når dybden overskrider 180 meter. Grunnene er at på dypere vann må det benyttes økende kjettinglengde for bøyen, som blir større, får større bølgebelastning og skader forbindelsen mellom arm anordningen og bøyen. For tårn er den horisontale slep-ing og oppreisning kritisk, og tårnet bøyes ved for hard-hent behandling.

I systemer som omfatter et ledd i midten av tårnet er forholdene bedre. Det har imidlertid ikke hittil blitt montert noe slikt system på dypt vann.

Andre kjente systemer med tårn medfører den samme ulempe, hvilket begrenser bruken av systemene til grunne farvann.

Felles for de kjente armsystemer er at enheten som består av stigerør, svingeledd og manifold er i avstand fra skipet. Dette betyr adkomstproblemer til selve stige-røret. Alle disse systemer medfører begrensninger, særlig med hensyn til adkomst, og fyller behovene bare til det rent funksjonelle ved fortøyningen.

Med den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å for-bedre flest mulige av de funksjonelle og driftsmessige forbedringer som mulig, og de fleste av disse forbedringer oppnås ved hjelp av en anordning for kompensasjon av bevegelser.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de ovenfor nevnte begrensninger, og å komme frem til et flytende produksjonssystem som er meget mobilt og forholdsvis ufølsomt med hensyn til vanndybde, samt innebærer billige, passive systemer for kompensasjon av bevegelser .

En utførelsesform av oppfinnelsen er illustrert i fig. 3, som illustrerer en utførelsesform av oppfinnelsen. Et stigerør R dannet av flere seksjoner forløper nedover fra et produksjonsskip. Stigerøret senkes fra skipet T etter hvert som det monteres, festes til en basisdel på sjø-bunnen og strammes av en hydraulisk kompensator C for bevegelse ombord i skipet. Tankskipet T kan deretter bevege seg bort fra sin opprinnelige stilling under påvirkning av vind, bølger og strømmer, inntil stigerøret R er i tilstrekkelig vinkel til å stanse bevegelsen av skipet. På samme måte som med systemene med tårn og armanordninger gir den horisontale komponent av strekkraften i stigerøret den bremsende kraft mot skipet, slik som vist i fig. 4.

En grunnleggende ide ved den foreliggende oppfinnelse er at skipet er forankret direkte i stigerøret. Stigerøret kan være av lignende type som det som allerede benyttes i offshore-produksjonssystemer, med det unntak at det har tilstrekkelig styrke til å tåle fortøyningsbelastningene, og stigerøret inneholder produksjonsrør.

Stigerøret settes under strekk ved hjelp av et passivt arrangement av en hydraulisk sylinder og en akkumulator, på lignende måte som for kompensatorer for bevegelsen til stigerør, men med modifikasjoner for å tilpasses fortøy-ningen. Med passiv menes at systemet virker automatisk og uten tilførsel av energi utenfra eller styring. Systemet for kompensasjon av bevegelser virker derfor som en fluidfjaer.

På forholdsvist grunt vann har sylindrene for kompensasjon av bevegelser tilstrekkelig slaglengde til å kompensere for ikke bare duve- og rullebevegelser til skipet, men også for at stigerøret beveger seg fra vertikal stilling til sin største skråstilling, på omtrent 20°C. Det hydrauliske system er slik anordnet at når stigerøret er vertikalt utsettes stigerøret for den minste nødvend-ige strekkraft. Når stigerøret danner sin største vinkel vil sylinderen for kompensasjon av bevegelser gi den største strekkraft som er nødvendig. Dette oppnås på en enkel måte ved at den hydrauliske akkumulator fylles eller tømmes.

Når skipet utsettes forøkende krefter fra vind, bølger og strømmer beveger det seg bort fra sin opprinnelige stilling, og stigerøret inntar en skråstilling. Etter hvert som vinkelenøker vil ikke bare den horisontale komponent til strekkraften i stigerøret bli større, men også selve strekkraften bli større på grunn av det hydrauliske system. For boresystemer i sjøen er dette ikke-konstante strekk uønsket, men for et skip som er forankret ved hjelp av et stigerør er det gunstig, idet det muliggjør dannelsen av et enkelt og pålitelig system.

På dypere vann er den bevegelse som kreves for å kompensere for den vertikale bevegelse til toppen av stige-røret når stigerøret forandrer vinkel for stor til at prinsippet kan benyttes i praksis (som beskrevet for de kjente systemer). I dette tilfelle er vinkelområdet til stigerøret begrenset til et område nær den største vinkel, det vil si fra 10 til 20°. For å oppnå dette omfatter systemet ytterligere midler. Disse midler muliggjør at det nominelle driftstrykket kan endres vesentlig. Når en storm er i ferd med å utvikle seg, vil kreftene mot tankskipet bevirke at stigerøret øker sin vinkel. Etter flere timer vil stigerøret nærme seg sin største vinkel. Systemtrykket er da endret til det nest høyeste, hvilket bevirker stor strekkraft i stigerøret, og stigerørets vinkel vil avta til den minste vinkel.

Det antas at bare to eller tre trykktrinn er nødvendige. Selv om dette medfører en "aktiv" styring, vil bruken av det inntreffe meget sjelden, og nøyaktigheten med hensyn til tid vil sannsynligvis dreie seg om timer i stedet for minutter eller sekunder. Det vil derfor være tilstrekkelig tid for alternative handlinger dersom det skulle oppstå svikt i denne aktive komponent.

Når det gjelder bevegelseskompensering kan en hydraulisk sylinder benyttes. De fleste kompensatorer for stigerør-bevegelser består av en hydraulisk sylinder som virker via en kabel og trinser. Dette minsker kravene til sylinderens slagbevegelse. Men kabelen er en konstant feilkilde, og krever stor grad av vedlikehold. I henhold til den foreliggende oppfinnelse benyttes derfor lange sylindre, på en slik måte at de hele tiden er under strekk. Arrangementet av masten muliggjør dette, og medfører at det unngås bøyeproblemer som er knyttet til lange, hydrauliske sylindere.

Den ovenfor nevnte bevegelseskompensasjon er for bevegelse av tankskipet i vertikal retning, det vil si stamping eller duving. Andre bevegelser av tankskipet må også kunne opptas eller isoleres fra stigerøret. Duving og bevegelser på grunn av brottsjø vil bevege stigerøret i horisontal retning gjennom vannet, hvilket bevirker forholdsvis liten motstand og således ikke er noe vesentlig problem. Rulling vil vri stigerøret, og derfor er en svingelagring anordnet ved toppen av stigerøret. Stamping og rulling av tankskipet vil bevirke uakseptable bøyepåkjenninger på stigerøret. For å isolere stigerøret fra slike belastninger er utstyret for å holde stigerøret under strekk og å kompensere for bevegelser festet til en mast, som er montert på et kardanledd, slik som vist i fig. 5. Kardanleddet gir fleksibilitet mellom vinkelbevegelsene til tankskipet og stigerøret. For at masten skal bevege seg sammen med stigerøret er masten forleng-et en viss lengde under kardanleddet, og forlengelsen virker som en arm som stigerøret skyver mot for å holde masten innrettet etter stigerøret. Et lodd 50 er også anbragt på enden av denne arm, for å utballansere masten rundt kardanleddet. Når således masten danner en vinkel, vil derfor vekten av masten ikke bevirke bøyning av stigerøret, hverken statisk eller dynamisk.

Nårmalt vil stigerøret og masten ikke forandre vinkel i forhold til et fast punkt, slik som sjøbunnen, men i stedet vil tankskipet bevege seg i bølgene i forhold til stigerøret. Det vil imidlertid skje en vinkelbevegelse av masten på grunn av sekundære krefter, slik at det er nødvendig at massen til masten holdes på et minimum, med tyngdepunkt i nærheten av kardanleddet, for å holde treghetskrefter på et minimum.

Et annet trekk ved den kardanopphengte bæremasten for stigerøret er bruken av masten ved tilkobling av stige-røret under vann. En teknikk for tilkobling av stigerør-et under vann uten føringer og uten dykkere gir fleksibilitet og økonomiske fordeler for systemet som helhet. Det kan f.eks. brukes en anordning for den nedre ende av stigerøret som er beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Med denne eller et hvilket som helst annet system med styrekonus må den nedre ende av stigerøret bringes tilstrekkelig nær røret på sjøbunnen til at den befinner seg innen det område der den kan nås med konusen. Dette kan gjøres ved bruk av en stråle ved den nedre ende av stigerøret, eller ved å bevege tankskipet på overflaten. Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes også masten for stigerøret for å bevege stigerøret, slik som vist i fig. 6. Under monteringen av stigerøret styres masten av hydrauliske sylindere. Ved å anbringe masten i en vinkel forlater stigerøret masten under en vinkel som gradvis forandres, inntil stigerøret henger vertikalt med den nedre ende. Resultatet er at den nedre ende av stigerøret forskyves horisontalt når vinkelen til masten forandres. Prosessen med å styre føringen kan utføres manuelt ved bruk av sonar og TV-informasjon. Det er imidlertid bedre å benytte en datamaskin for å behand-le informasjon om posisjonen og å styre masten direkte. Dette system ligner et system for dynamisk posisjonering av et skip, med den unntak at de hydrauliske sylindre for masten styres i stedet for å styre hjelpepropeller. Dersom tankskipet har hjelpepropeller, kan disse, samt også tankskipets hoveddrivverk, styres for posisjonering av skipet. Etter at stigerøret er koblet til et fundament på sjøbunnen, settes de hydrauliske sylindre for styring av masten ut av drift, og masten styres av stigerøret.

En av grunnene for at stigerøret settes ut fra tankskipet er at dette kan utføres hurtig og enkelt til hvilket som helst lengde. En annen grunn er å gjøre det mulig å øke lengden av stigerøret når det benyttes på dypt vann og i vinkel. Denne mulighet er bare nødvendig under den første utsetting av stigerøret og når dette henger ned fra tankskipet. Midlene for kompensasjon av bevegelser og håndtering av stigerøret er anordnet for å utføre denne oppgave, og for å kunne benyttes ved total svikt i kompensatoren.

Når stigerøret settes ut, henges det opp i en oppheng-ningsanordning mens rørdelene sammenføyes. I eksisterende boresystemer befinner opphengningsanordningen seg på boregulvet i riggen, som ikke er kompensert. Kompensasjon benyttes bare etter at stigerøret er ferdig montert og opphengningskablene er festet til toppen av stigerør-et. Ved den foreliggende oppfinnelse er opphengningsplattformen 6 bevegelseskompensert, slik at det opphengte stigerør alltid er opphengningskompensert mens det frem-stilles. Systemet for håndtering av stigerøret befinner seg på opphengningsplattformen, og består hovedsakelig av en hydraulisk sylinder 7 som holder den neste rørlengde mens denne festes til den allerede dannede del av stige-røret. Etter sammenføyningen senker den hydrauliske sylinderen 7 hele stigerøret, inntil toppen av den nye rørlengde holdes i opphengningsanordningen. Denne pro-sess gjentas inntil hele stigerøret er dannet. Etter at stigerøret er tilkoblet under vann og tankskipet driver bort fra sin opprinnelige stilling, senker den hydrauliske sylinder 7 toppen av stigerøret etter hvert som stigerørets vinkel øker. På dypt vann må det tilføyes en annen lengde av stigerøret. På grunn av at opphengningsplattformen er bevegelseskompensert og sylinderen for håndtering av stigerøret kan oppta det fulle strekk i stigerøret, behandles dette på samme måte som hvilken som helst annen lengde av stigerøret. Når tankskipet har drevet tilstrekkelig til å gi stigerøret den korrekte midlere vinkel, setter sylinderen stigerøret i strekk oppover mot en stopper. Kraften fra sylinderen er høyere enn fra sylinderen for bevegelseskompensasjon, men er mindre enn det maksimalt tillatte strekk i stigerøret. Stigerøret holdes således fast til opphengningsplattformen som er bevegelseskompensert. Dersom systemet for bevegelseskompensasjon av en eller annen uforutsett grunn sperres, vil sylinderen for stigerøret forlenges så snart tankskipet beveger seg oppover på en bølge, og strekket i stigerøret overvinner strekkraften fra sylinderen. Sylinderen for stigerøret virker således som en midler-tidig bevegelseskompensator, og har sin egen akkumulator-krets. På denne måte finnes det en fullstendig og uav-hengig bevegelseskompensator som kan benyttes momentant, og som ikke krever noen mekanisme for tilkobling eller noen styring eller overvåking.

Når stigerøret er bevegelseskompensert i forhold til bevegelsene til tankskipet, vil toppen av stigerøret bevege seg en stor lengde i forhold til dekket på tankskipet. For systemer beregnet for rolige områder er det mulig å benytte fleksible slanger for overføring av fluid mellom toppen av stigerøret og dekket til tankskipet.

For urolige områder kan det benyttes lange metallrør som bøyer seg til en vinkel som er tilstrekkelig liten til å ligge innen den elastiske område til metallet, slik som vist i fig. 7. Rørene kan buntes sammen og understøttes slik at de danner en fleksibel rørbunt, slik som beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Geometrien er tilpasset slik at den passer til bevegelsen av masten i alle retninger. Dette arrangement for overføring av fluid minsker feil- og vedlikeholdsproblemer som er knyttet til fleksible slanger. Et lignende arrangement

kan benyttes for den nedre "ende av stigerøret.

Fig. 8-10 viser et flytende produksjonssystem som er tilkoblet en undervanns forankring 1 for stigerøret via et stigerør 2 som er under strekk, idet den øvre ende av stigerøret er en dreiekobling 3, mens den nedre ende er en kobling 4 som er tilpasset en konisk endekobling 5. Dreiekoblingen 3 er montert på arbeidsplattformen 6, som henger i hydrauliske jekker 7, hvis sylindere er montert på det faststående, utvendige rammeverk 8. Det inn-vendige rammeverk 9 kan beveges vertikalt på styreskinner 10 som er montert på rammeverket 8. For at skipet skal ha frihet til å rulle og stampe er rammeverket 8 opphengt i en kardanramme, som har en indre og en ytre kardanring, 11 og 12. De indre kardanlager overfører belastningen fra masten til den ytre kardanring via lager 13, mens den ytre kardanring overfører belastningen via lager 14, som er montert på lagerblokker 15 festet til avstivningsringen 16 som omgir sjakten 17.

Systemet 18 for å danne stigerøret befinner seg foran sjakten, og består av et fundament 19, en elevator 20 og en horisontal sleide 21. Oppgaven til dette system er å bringe stigerørseksjoner horisontalt til masten. Over-føringen til vertikal stilling utføres ved bruk av et løftehode 22 og tilhørende hydrauliske jekker 23, hvilke utgjør systemet for håndtering av stigerøret over sjakten .

Etter at skipet har inntatt sin posisjon over bunnforankringen 1, tilføres stigerørseksjonene, festes og senkes inntil dybden nesten er nådd. På dette tidspunkt aktiveres jekkene 7 for bevegelseskompensasjon, og den siste lengden av stigerøret dannes. Stigerøret befinner seg derved over fundamentet, og tilkoblingen er fullført. Skipet driver deretter bort, det tilføyes stigerør lengder etter behov, og det utføres bevegelseskompensasjon. Posisjoneringen er fullført når skipet befinner seg i en slik avstand fra fundamentet på bunnen at vinkelen er mellom 10 og 20°.

Resten av utstyret på dekket til skipet omfatter behand-lingsanlegget 24, avfaklingstårn 25, rørledninger 26 for produktene, et samlehus 2 7 for produkter og hydraulikk, samt et helikopterdekk 28.

Hele enheten som er vist i fig. 10 og 12 bæres av et kardanledd, delene 11 og 12, som overføres vekten av stigerøret og masten samt dynamiske belastninger til skipets dekk, gjennom lagerblokkene 15.

Rammeverket 8 i masten er et fagverk, som er fast montert på den indre delen 11 av kardanleddet. De to benene til masten er i de øvrige ender sammenføyd ved hjelp av en tverrliggende ramme 35, slik at det er dannet en stiv konstruksjon. Styreskinner 10 er festet til innsidene av masten, i hele høyden av denne. Disse skinner danner styring for det indre rammeverk 9, som kan beveges fritt opp og ned inne i masten 8.

Til benene til masten 8 er også festet hydrauliske sylindere 7. Stempelstangendene til sylindrene 7 er festet til arbeidsplattformen 6, som, ved hydraulisk aktivering, tjener til å bevege hele det indre rammeverk 9 opp eller ned. Derved vil arbeidsplattformen 6 forskyve den øvre ende av stigerøret 2 og dreielagringen 3 som er festet til dette. Ved passende aktivering av sylindrene 7 skjer en innbyrdes bevegelse mellom skipet og stigerøret, og det opprettholdes strekk i stigerøret, slik at det oppnås en effektiv forankringskraft uten for store spenninger i stigerøret eller endetilkoblingene.

Det indre rammeverk 9 er utstyrt med 2 elementer 36 med hjul som kan beveges langs styreskinnene 10. Ved den øvre ende av rammen rager en rekke hydrauliske sylindere 23 opp fra den tverrliggende rammen 3 7 til det indre rammeverk, avstøttet av en skråttliggende støtteramme 38. Disse sylindere 23 utgjør drivanordninger for løftehode 22, som trekker stigerørdeler opp og inn i rommet over arbeidsplattformen 6, senker delene ned gjennom sjakten og generelt holdes og transporterer rør inne i masten, omfattende sammenføring av rørdelene. Det indre rammeverk 9 med arbeidsplattformen 6 er en separat enhet i masten, forbundet med masten bare indirekte via element-ene 36 med hjul og de hydrauliske jekker 23. Ved til-førsel og utføring av stigerøret er bruken av plattformen 6 koordinert med systemet 18 for håndtering av stigerør-deler på dekket.

Installasjonen 18 for håndtering av stigerørdeler vist i fig. 11 omfatter en kombinasjon av en elevator 20 og et traverssystem 21. Stigerørdeler er lagret i den nedre konstruksjon 19, og føres til den midtre elevatorplatt-formen 39 ved hjelp av skrå skinner 40.anordnet inne i konstruksjonen 19. De enkelte rørdeler føres til eleva-toren 20, som heves og leverer rørdelene til de åpne kjever 41 i traverskranen 42.

Det hydrauliske system for bevegelseskompensasjon er utstyrt med feilsikring. De to hydrauliske hoved-drivanordningene 78 består av grupper 43 i stedet for enheter med stor diameter. Et skyvehode 44 overfører kreftene fra hver enhet i gruppen. Det normale driftstrykket er 105 kg/cm 2, men dersom en eller flere grupper skulle svikte, vil plattformen 6 forbli fullstendig understøttet og bevegelseskompensert. Dette oppnås ved todelt tilførsel av det hydrauliske trykk, for å gi trykk til de diagonalt motsatt beliggende par av sylindere. Dette er det verst tenkelige tilfelle, idet halve løftekapasiteten er borte. Dersom det primære hydrauliske system svikter, vil et sekundært (passivt)

system utføre oppgaven, slik som beskrevet tidligere.

Det er tidligere nevnt et passivt hydraulisk styresystem som foretrukket. Imidlertid kan det også benyttes et aktivt styresystem. Styresystemet kan styre av en datamaskin, og kan bestå av et styresenter for en hydraulisk krets, midler for å overvåke strekket og vinkelen til stigerøret og et logisk system for håndtering av stige-røret. Det kan anordnes et alarmsystem for å varsle overbelastning, og for å varsle svikt i det hydrauliske og vesentlige utstyret. Det er anordnet et automatisk system for lagring og overføring av last.

Fig. 12 viser masten 8 når den danner en vinkel på 20°. Størrelsen til arbeidsplattformen 6 og det annet par kompensasjonssylindre 7 er vist. Et vesentlig trekk ved systemet er at plattformen 6 benyttes for å lagre noen få ekstra stigerørdeler, som føres på plass i stigerør-strengen, idet all håndtering skjer under tilkobling til bunnforankringen 1. Graden av automatisering i systemet og graden av kontroll med kompensasjon for vertikale bevegelser muliggjør at produksjonen kan foregå under minimal overvåkning.

Stigerøret vil under forankring av tankskipet bevirke en meget stor vertikal belastning på bunnforankringen. For produksjonssystemer som omfatter et ben og en stiv arm har det vært benyttet tunge fundamenter festet med peler. Disse må nødvendigvis være meget store. Selv om et tungt fundament kan benyttes i den foreliggende oppfinnelse, er det en fordel med hensyn til transport og anbringelse å benytte en lettere forankring. Fig. 3 viser et sugeanker av sylindrisk type. Dette gir meget høy motstand mot sidebevegelser som bøyemoment, men i visse typer bunn-material kan evnen til å oppta vertikal belastning være liten. Fig. 8a viser en alternativ type sugeanker. Dette er et anker av platetypen der vekten av bunnmate rialet over ankeret motstår det vertikale strekk. Dette prinsipp er grunnlaget for "Hydropin" patentert av National Engineering Laboratory i U.K. Men denne type anker gir ikke den nødvendige vertikale motstand for for-tøyning av tankskipet via stigerøret, og kan bare monteres i bunnmaterialer som kan fluidiseres.

Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes derfor en roterende skjæreanordning og en sugeankerplate, samt en åpen mast for tilkobling av stigerøret på bunnen. I det øvre parti av masten er det festet store plater som gir sideveis motstand i bunnmaterialet. Disse plater bevirker ikke bare evnen til å oppta sidebelastninger, men også, i kombinasjon med sugeankeret, motstand mot bøy-ning. Fig. 9 viser sugeankeranordningen 29, som benytter sug, spyling og mekanisk skjæring ved monteringen. Enheten er innrettet til å trenge ned i de fleste bunnmaterialer, også i leire. Ved å opprette undertrykk under den nedre konus 30 dannes en kraft som bevirker at anker-anordningen beveger seg nedover. Denne bevegelse økes av vannstråler 31 med høyt trykk og mekaniske skjæreanord-ninger 32. Etter at anordningen har kommet til ønsket dybde etterlates den indre drivaksel 33 (dersom denne benyttes) på stedet. Rotasjon oppnås ved hjelp av en hydraulisk motor, drevet av fluid tilført fra overflaten. Konusanordningen 5 som er tilpasset stigerøret og er montert på dreiekoblingen 34 er derved klar til bruk. Dreiekoblingen sikrer at det ikke overføres bøyemoment til stigerøret 2, og det tollereres en vinkel på opptil 35°.

Utførelsene av stigerørsystemet er fullstendig beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909, og omfatter det øvre dreieledd 3, stigerørkoblingen 45 og den nedre stigerør-koblingsanordning 4. Hensikten med å beskrive stigerør-systemet i denne beskrivelse er å understreke den over-legne styrke og utmattingsegenskapene, som begge er direkte relevante når det gjelder forankring ved hjelp av stigerøret.

I det følgende skal fig. 13 - 19 beskrives nærmere.

Som i systemene med et ben og en stiv arm bevirker den horisontale komponent av strekkraften i stigerøret den bremsende kraft på tankskipet når dette tillates å bevege seg bort fra den opprinnelige posisjon under påvirkning av ytre krefter.

Oppdriften bevirker betydelige krefter, som betraktes som frie. Hydraulikk vil bevirke det samme, men er uønsket komplisert og kostbar.

Flottører i sjøen ved siden av et skip påvirkes av krefter fra bølgene. Dersom de er festet til stag, armer, gitterkonstruksjoner eller andre innretninger må de bevege seg i vannet, og bevirker store belastninger på ledd og så videre. Å benytte flottører festet til skipet, utvendig på skroget, er ikke noen fordelaktig måte å oppnå frie krefter for forankring. Når skipet f.eks. ruller, må flottøren følge med, ofte med den største bevegelse. Dette bevirker problemer med friksjon, forsterkning av rullingen, uønskede påkjenninger og så videre.

Systemer med tårn er et eksempel på en flottør på utsiden av skipet som må holdes i en massiv konstruksjon for å tåle påvirkningene fra omgivelsene.

Alle bøyeforankringssystemene har det samme problem, slik som tidligere nevnt. På større dybder og under vanske-ligere forhold må oppdriftenøkes. Det finnes imidlertid en grense, og dersom denne grense overskrides, er den eneste måte å få systemet til å virke å bygge konstruk-sjoner, flottører og opplagringer som er meget store,

uhåndterlige og kostbare.

Ved å anbringe innretninger innen grensene av skipet, i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, oppnås klare fordeler: det skjer ingen påvirkning av krefter fra bølgene eller slag i en skvulpesone,

flottørene ruller, stamper og utfører andre bevegelser sammen med skipet,

det er dannet et område med god adkomst,

operatører kan observere og overvåke oppførselen til flottørene,

oppdriften kan styres direkte ved bruk av komprimert luft for å fjerne ballast fra flottørene,

den spesifikke vekt til det omgivende medium kan endres for å oppnå optimal oppdrift og viskositet,

bevegelsene til flottørene er en brøkdel av de vertikale bevegelser til skipet,

akselerasjonene og hastighetene til flottørene er også en brøkdel av verdiene for skipet,

formen til flottørene kan i større grad varieres på grunn av de bedre definerte omgivelser under bruk,

flottørene befinner seg inne i skipet og trenger ikke å settes ut, og

flottørene kan benyttes for å gi krefter ved utsetting av stigerøret.

Oppfinnelsen omfatter også to utførelsesformer av et system for håndtering av stigerøret, og i begge systemer benyttes en kasselignende vogn med hjul som ruller på skinner opp og ned langs en kompensator-brokonstruksjon. Denne er beregnet for å lagre omtrent 360 meter stigerør, i deler på 15 meter, i vertikal stilling. Etter avlast-ing trekkes vognen til hengselenden av broen og parkeres. Vognens høyde ligger innen bjelkekonstruksjonen til broen, med sideveis styreskinner på toppen for å holde vognen innenfor broen.

I en første utførelsesform er den egentlige løftemekanis-me til kranen en vinsjanordning som benytter kabel og flere trinser. Vinsjen er montert sammen med kranen. Krafttilførselen kan være elektrisk eller hydraulisk. Spindlene som beveger kranen i forhold til vognen er syn-kronisert i hver akse. De hastigheter som trengs for å følge det bevegelige stigerør antas å være omtrent 15 cm/sek. (maksimalt). Systemet for tilbakeføring av informasjon for styring er av en enkel proporsjonal/ integral-type som benytter registrerings-transduktorer på kardanleddet for å gi informasjon om posisjonen. For griping og løfting innrettes den koniske føring på løfte-hodet automatisk etter rørdelen, på grunn av et kuleledd i enheten.

Den annen utførelsesform kan betraktes som et lite tårn som danner en del av kardanleddet. Løftemekanismen er kabler og trinser. Overføringen av en rørdel fra løfte-enheten til en manipulatorarm krever perfekt styring, som oppnås ved hjelp av transduktorer på kardanleddet. Armen er delvis en robotarm, og må kunne løfte 15 - 20 tonn. Den må også ha tilstrekkelig rekkevidde ved denne løfte-kapasitet til å kunne anbringe rørdelene på en sikker måte i vognstativet.

Som vist i fig. 13 og 14 er et flytende produksjonssystem 60 koblet til en bunnforankring 61 ved hjelp av et stige-rør 62 som er under strekk, og den øvre ende av røret er et dreieledd 63, mens den nedre ende av stigerøret er en koblingsanordning 64 som passer sammen med en konisk del 65 på fundamentet. Svingeleddet 63 er montert i en plate

66 som holdes i et rammeverk som danner den ytre ende av fagverks-brokonstruksjonen 67. Broen 67 er hengslet i sin bakre ende ved hjelp av en hengselopplagring 68 montert på dekket. Hele broen sperres sideveis av to vertikale staver 69 som består av to søyler og tilhørende sidestaver. Når skipet beveger seg opp og ned fjerner disse staver sidebelastning nær kardanleddet. Sidene av broen holder lagringsplater med rulleføringer 70 som minsker friksjon når broen beveger seg i forhold til stavene. De vertikale stolper og de tilhørende sidestaver som forbinder sidene av broen rager oppover til en tilstrekkelig høyde til å muliggjøre den vertikale bevegelse av broen. Disse stolper opptar sidekrefter fra forankringen, og ingen sidekrefter overføres til broen og dennes spinkle konstruksjon. Når skipet inntar en skrå-retning i forhold til bølger og vind, tvinges det til å innta en retning slik at bølger og vind virker rett mot bauen. En vogn med ruller på hver side av broen ligger mot stolpene og utgjør en mekanisme som lett kan beveges. Tappen på den bakre ende av broen belastes bare i et plan, og utsettes ikke for. torsjon eller bøyning.

Dersom platen 66 betraktes som et fast punkt, vil det forstås at skipet fritt kan bevege seg opp og ned i stampebevegelser, rullebevegelser og andre bevegelser på grunn av de følgende mekanismer: leddet 66, flottørene 71 og broen 67 samt dreieleddet 63.

Broen 67 har lav vekt, og er en konstruksjon som består av to sidefagverk med tverrstaver som forbinder disse. Broen 67 kan anbringes i hvilken som helst ønsket vinkel ved å fjerne ballast fra flottørene 71 (fig. 14 og 15) og for å oppnå kompensasjon for vertikale bevegelser under den første utsetting av stigerøret, idet to hydrauliske sylindere 83 er koblet til fagverksidene, slik som vist i f ig. 15.

Fig. 14 viser beliggenheten til de indre flottører 71, som er direkte under de to sidene i brokonstruksjonen 67. Toppen av stigerøret 62 og dreieleddet 63 rager opp fra leddet 66, og det er dessuten vist stavene 69, sidestav-ene 72 og en øvre tverrstav 73. Plass for lagring av stigerørdeler i tillegg til plassen i det normale system er anordnet i en vertikal sjakt 82 gjennom en åpning i dekket, som vist i fig. 14 og 15.

Flottørene 71 er adskilt for å minske kraften mot vannet, virkninger av viskositet og massetreghet, og de har lavt profil for å oppnå maksimal vertikal bevegelse. Flottør-ene 71 er nødvendigvis store for å gi den nødvendige oppdrift. Ved montering av flottørene 71 på broen 67 ved hjelp av stive armer 74, er stivheten og dimensjonene i konstruksjonen optimal. Den fulle oppdrift til flottør-ene 71 er omtrent 2,5 x 10^ kp, som selv om det er mye er vesentlig mindre enn f.eks. systemene med forankringsben og stive armer. Fig. 15 viser skipet gjennomskåret, for å vise rekken av indre flottører 71. I praksis vil det benyttes rader med fire langsgående og fire tverrgående flottører, som er sammenkoblet, når kravene til oppdrift er store. Videre vil dybden til den bakre flottør være større enn for de fremre sylindere, slik at det er dannet en kileformet rekke. Flottørene 71 er fast forbundet med broen 67 ved hjelp av armer 74 som er rette, men disse kan også være buet for å oppnå minimal åpning i dekselet 75. En senkkasse 76 som kan gi opptil omtrent 213 cm ekstra tank-lengde er vist ved den fremre ende av tankene. En flot-tør 77 på stigerøret danner den nedre ende av en forsterket, øvre stigerørseksjon 78, som muliggjør at skipet kan kobles fra stigerøret dersom det oppstår tilstander som betyr en fare for skipet og stigerøret når disse er sammenkoblet. Med strekpunktlinjer er det indikert systemet 79 for bevegelse av stigerøret. Sylindrene 83 for kompensasjon for vertikale bevegelser er vist med hevede stempelstenger. Fig. 17 viser motvekten 20 som bidrar til å utballansere broen og flottørene og muliggjør en viss reduksjon av flottørstørrelsen. Det er vist brostoppere 81, som hindrer at broen kan treffe dekkplatene og som danner en sperremekanisme. Stopperne sikrer også at broen ikke kan trykke flottørene forbi tankbunnen. Denne figur, sammen med fig. 16, viser en utførelsesform med gjennomgående sjakt i skipet..

Det benyttes to hovedtanker. Det kan oppnås inntil 425 cm bevegelse fra kardanleddet, og flottørene holdes innen skipets egne tanker. Ved å tilføye en 150 cm senkkasse ved den fremre ende av tankene kan det oppnås ytterligere bevegelse av leddet. 425 cm er et normalt krav i Nord-sjøen .

Skipets tverrgående skott mellom tankene må fjernes og åpningen må forsterkes rundt omkretsen. De langsgående skott kan bli stående på plass.

Ettersom systemet for håndtering av stigerøret bare er nødvendig ved utsetting og fjernelse av stigerøret, er det vesentlig hvordan denne kan bringes på plass og lagres under bruk. Ved å anbringe systemet over hoved-opplagringen til brokonstruksjonen overføres vekten av systemet til skipets dekk, og ikke til flottørene. Systemet har form av en bevegelig vogn med en spesiell løfternekanisme.

Fig. 18a og 18b viser en utførelsesform av systemet for

håndtering av stigerør. Vognen 30 holder en kran som kan bevege seg langs to akser horisontalt og løper, på skinner 30 ved bruk av et sett hjul 32. Bevegelsene og stilling-en til vognen bestemmes av to par skruespindler, som ved å drives bevirker at kranen bestemmer bevegelsen til stigerøret som befinner seg under. Det er også anordnet et lagringsstativ 33 for stigerørdeler. Inne i vognen er en arbeidsplattform 34 dannet av en metallplate med ribber. En sperre 35 fester vognen til skinnene når den er korrekt innrettet over kardanleddet 36. En enkel

styreanordning med tilbakeføring av opplysninger er anordnet mellom kardanleddet og motormekanismen for skruespindlene. Et kabelsystem 37 er anordnet for å trekke vognen langs broen, slik som vist. Den øvre kran-bjelken 38 og vognene 39 med hjul befinner seg mellom fremre og bakre skinner 40 på vognen. Den midtre vinsj-trommel 41 og løftehode 42 kan bevege seg langs kranbom-men på et skinnesystem 43. Løfteenheten omfatter dessuten et kuleledd 44 og en konisk sperremekanisme 45. To par skruespindler 46 er koblet til den overliggende kran-bommen 38, og vinsjtrommelen 41 drives av hydrauliske eller elektriske motorer 47 som er fullstendig synkroni-sert. Det er også vist en tilbakeføringskrets 48 for styring.

Ved konstant føring av det bevegelige stigerør holdes løftehodet i nærheten, slik at sammenkobling kan utføres. Den koniske sperremekanismen 45 kompenserer for mangel på innretting bevirket av vinkelendringene til stigerøret. Etter at løftehodet 42 er brakt ned til stigerøret føres konusen ned over enden og festes, og danner en positiv sperre. Stigerøret kan deretter heves.

Fig. 19 viser en tårnkonstruksjon 50 montert på et kardanledd, og en løfteblokk 51 med trinse er anordnet ved toppen av konstruksjonen. Vinsjen 52 befinner seg på et fundament som er montert på vognen. Hensikten med løftemekanismen er bare å sikre og å heve stigerøret, og den har derfor forholdsvis liten vekt. Løftehodet 53 med den indre sperremekanisme er vist over kardanleddet 54, der stigerørdelen 55 rager opp. Et armsystem 56 med et gripehode 57 befinner seg slik at det kan holde rørdeler og anbringe disse på lagringsstativet i vognen. Det er vist en tilbakeføringskrets 58.

Etter at en rørdel er trukket opp, står løfteren i ro mens armen 56 griper rørdelen og beveger den bort fra løfteren. Rørdelen lagres på stativet på vognen. Armen styres ved hjelp av tilbakeføringskretsen 58, basert på vinkelbevegelsene i kardanleddet, og den kan derfor følge det bevegelige stigerør slik at en rørdel kan festes uten problemer med hensyn til synkronisering.

Utførelsesformen i fig. 18 medfører at en øvre kran kan følge sideveis bevegelse og opprette en løfteforbindelse ved hjelp av en konisk innretning med indre sperrer. Utførelsesformen i fig. 19 har systemet montert på kardanleddet, og røret kan trekkes uten problemer, idet rørdelen kan overføres til en arm som delvis er en robot og som følger bevegelsen.

Oppfinnelsen kan benyttes på følgende måte:

a) Utsetting av stigerøret.

1. Skipet ankommer stedet, stigerøret 62 føres ned, med en stigerørdel i kardanleddet 66. 2. Sperren for broen oppheves, slik at brokonstruksjon- . en kan beveges. 3. Ballast fjernes fra de indre flottører 71 for å heve broen opp fra stopperne på dekket. Oppdriften regu-leres slik at broen holdes av flottørene. 4. Kranen 30 på vognen griper en rørdel, løfteren beveges for å anbringe rørdelen over kardanleddet 66.

Rørdelen senkes og kobles til en annen rørdel.

5. Løfteinnretningen i systemet for håndtering senker den nedre del av stigerøret og to rørdeler. Sperren

åpnes, og sikrer deretter stigerøret på nytt.

6. Dette gjentas inntil hele stigerøret er satt ut, med unntak av den siste rørdel, før sammenkobling. Når rørdeler tilføyes bringes broen til å flyte, ved

bruk av øket oppdriftskraft fra flottørene.

7. Hydrauliske sylindere i hovedsystemet for kompensasjon av vertikale bevegelser festes til broen, og sylindrene aktiveres. Broen er nå under aktiv styring for kompensasjon. Ettersom hele vekten av broen og stigerøret bæres av flottørene, trengs ikke sylindrene for å gi krefter utover treghet, friksjon

og motstand.

8. Kransystemet i vognen anbringer den siste rørdel og utfører senkning slik som tidligere, idet det aktive (hydrauliske) styresystem virker på sylindrene for å finjustere prosessen med kompensasjon for bevegelser. På denne måte er det mulig å oppnå en nesten perfekt sammenkobling til styrekonusen på bunnen,

også i grov sjø.

9. Flere rørdeler (omtrent to) tilføyes, slik som i trinn 8, slik at stigerøret inntar sin forankrings-vinkel på omtrent 20° (skipets avstand 110 m når vanndybden er 300 m). Det nødvendige strekk i stigerøret opprettholdes under hele operasjonen ved hjelp av krefter fra broen og/eller aktiv hydraulisk

styring.

10. Etter at fortøyningsposisjonen er nådd, festes dreieleddet og ledninger kobles til. Flottørene tømmes for å gi den nødvendige oppdrift for de opp-tredende værforhold og skipets dypgående. Den aktive, hydrauliske styring av sylindrene for broen opphører, og sylindrene frakobles. Broen, flottør-ene og stigerøret er nå helt sammenkoblet, og systemet er i en tilstand for passiv kompensasjon.

b) Fjernelse av stigerøret i dårlig vær.

1. Kranen på vognen beveges fra lagringsstillingen i rammeverket i broen, til kardanleddet. 2. Ved bruk av løftehodet fjernes dreieleddet og lagres. 3. Løftehodet festes til og hever stigerøret, under opprettholdelse av korrekt strekk. (Opphengningsanordningen frigjør stigerøret). Skipet må bevege seg forover.

4. Den første rørdel frakobles og lagres.

5. Operasjonen fortsetter inntil stigerøret er fjernet.

c) Farlig situasjon, stigerøret etterlates.

Følgende situasjoner kan oppstå:

i) Utblåsning under vann.

ii) Svikt i systemet for styring av stigerøret.

iii) Ekstreme værforhold eller øyeblikkelig behov for å

forlate stedet.

iv) Andre grunner for frakobling hvor hvert system (stigerøret og skipet) klarer seg best i frakoblet

tilstand.

v) Øvelsesfrakobling på passende tidspunkter.

I slike tilfeller foreslås den følgende prosedyre:

1. Produksjonen stanser, dreieleddet fjernes.

2. Ballast fjernes fra en allerede montert flottør for stigerøret, eller en ventende flottør monteres.

3. Hovedmotorene er klar til bruk.

4. Motorene gir skyvekraft akterover. Broen løftes ved hjelp av de hydrauliske sylindre. Sperrene i kardanleddet utløses. 5. Stigerøret, flottøren og den øvre, beskyttende gitterkonstruksjon frakobles og innretter seg vertikalt. Stigerøret er under fullt strekk, og er be-skyttet på grunn av det lille areal i vannflaten og det forsterkede, øvre parti. Skipet kan trygt forlate stedet. 6. Ny tilkobling kan utføres på en enkel måte, ettersom den øvre ende av stigerøret befinner seg over vannflaten.

Det vil forstås at oppfinnelsen kan omfatte de følgende trekk: Fundamentet til stigerøret kan settes ut og anbringes på sjøbunnen fra tankskipet (når det benyttes et lett fundament som tilføres ballast i form av betong fra overflaten). Det kan også anvendes en forankringsanordning som festes med peler eller utgjør et sugeanker.

En utførelsesform med en gjennomgående sjakt for stige-røret, slik som vist i fig. 16, kan anvendes i farvann hvor det finnes is. Den eneste modifikasjon som må ut-føres med skipet er anordning av sjakten.

En motvekt som bidrar til å utballansere broen, flottør-en, stigerøret og løfteanordningen benyttes dersom det forventes en vanndybde som er større enn 240 m, slik som vist i fig. 17. En momentarm bakenfor dreieleddet gjør at flottørstørrelsen kan minskes noe for en gitt tilstand. For høy vekt medfører øket massetreghet, slik at det benyttes et kompromiss.

Buede staver som forbinder flottørene med broen medfører minskede åpninger i tankdekselet og minsker plaskevirk-ningen. Enkle pakninger langs kantene, f.eks. av gummi, holder på vesken.

Det kan benyttes armer med varierbar geometri mellom flottørene og broen, med ender som er festet med bolter, idet flottørene beveges langs en buet bane forover eller akterover, for å motvirke kraftvariasjoner som skyldes øket masse i flottørene og motstandskraft.

I det følgende henvises det til fig. 20 - 24.

Med den foreliggende oppfinnelse er det tatt sikte på å komme frem til en fremgangsmåte for passiv bevegelsekom-pensasjon mellom stigerøret og tankskipet som minsker sekundære krefter, og som er universell i sin anvendelse. De sekundære krefter det her er tale om er krefter som virker mot oppdriftsbeholdere og treghetskrefter i anord ningen. Formålet er å minske belastningsendringene i stigerøret for å øke brukstiden. Noen kjente anordninger benytter en svingbar bom, idet stigerøret er festet til en ende og en motvekt er festet til den annen ende. Fig. 20 viser fremgangsmåten skjematisk. Vertikale belastninger fra stigerøret utballanseres av vekten, og horisontale belastninger fra stigerøret overføres til tankskipet via svingeleddet. Den vertikale bevegelse av tankskipet opptas ved at bjelken svinger. Dette er en kjent måte å forankre et tankskip, og det krever modifikasjoner for at fremgangsmåten skal være praktisk bruk-bar .

Hensikten med bevegelseskompensasjon er å unngå at de vertikale bevegelser av tankskipet overføres til stige-røret. Den vertikale bevegelse av tankskipet akselererer motvekten, hvilket medfører en treghetskraft som endrer strekket i stigerøret. Akselerasjonen av motvekten er ikke den samme som akselerasjonen av tankskipet i svingepunktet, idet akselerasjonen til skipet multipliseres med en faktor som avhenger av armforholdet, slik som vist i fig. 21. Dersom svingepunktet befinner seg midt mellom stigerøret og motvekten, er denne faktor 2. Dette gjelder hvilket som helst motvektssystem der motvekten benyttes for å gi en vertikal kraft. Dersom f.eks. motvekten henges i en kabel som er ført opp rundt en trinse og ned til stigerøret, vil motvekten bevege seg den dobbelte distanse i forhold til trinsen, og vil derfor ha den dobbelte akselerasjon (forutsatt at stigerøret står i ro og at trinsen beveger seg). Motvekten, kabelen og trinsen har vært benyttet for bevegelseskompensasjon for stigerør til boring fordi det et enkelt arrangement, men benyttes ikke lenger fordi endringene i massetreghets-kreftene er store. Den foreliggende oppfinnelse medfører en betydelig minskning av massetreghetsvirkningene ved bevegelseskompensasjon ved bruk av motvekt.

Belastningen på stigerøret er proporsjonal med vekten og geometrien for bjelken og svingepunktet. Med den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til midler for å endre geometrien for bjelken og svingepunktet proporsjo-nalt med endringen av treghetskreftene, det vil si at svingepunktet beveges for å kompensere for endringene i treghetskreftene. Dette oppnås ved å erstatte svingeleddet med en vuggeflate, idet størrelsen og formen til vuggeflaten velges slik at det oppnås de ønskede egenskaper, slik som vist i fig. 22.

Bevegelsene til tankskipet i svingepunktet vil være omtrent sinusformede. Når motvekten er i sitt laveste punkt er dens hastighet null, og akselerasjonen er på et maksimum, hvilketøker kraften nedover fra vekten. Av denne grunn må svingepunktet være nær vekten, for å minske momentarmen til vekten og å øke momentarmen til stigerøret. Derimot, når vekten er i sin høyeste stilling, har vekten null hastighet og maksimal akselerasjon, men i motsatt retning, hvilket minsker kraften nedover som skyldes vekten, og i dette tilfelle må svingepunktet være nær stigerøret. Dette er de to ytterstillinger til svingepunktet. Mellomliggende stillinger kan oppnås, avhengig av bevegelsen til vekten. Dersom bevegelsen er sinusformet, vil en vuggeflate utformet som en sirkelbue bevirke korrekt beliggenhet av svingepunktet under hele bevegelsen.

Anordningen av en vuggeflate som beskrevet ovenfor mulig-gjør at svingepunktet kan bevege seg, og bærer vekten av hele bjelken. Arrangementet kan imidlertid ikke overføre horisontale belastninger, hvilket er det primære formål med forankringssystemet. Det benyttes derfor et arrangement med en tannstang og et tannhjul, idet vuggeflaten utgjør tannhjul og understøttelsen utgjør tannstang. For å hindre glidning må rulleflaten til vuggeflaten falle sammen med delesirkelen til fortanningen. Det kan benyt tes en sirkelbue for vuggeflaten og en plan flate for understøttelsen. Det kan imidlertid benyttes andre former for den ene eller begge flater, avhengig av hvilke egenskaper som er ønskelige. Dersom bevegelsen til tankskipet i det faktiske svingepunkt ikke er sinusformet, men har en eller annen trinnform, kan vuggeflaten tilpasses denne. I praksis vil bevegelsene endre seg konti-nuerlig, avhengig av tilfeldige forhold i sjøen og hvordan tankskipet reagerer. Men variasjonene i forhold til egenskapene til vuggeflaten vil sannsynligvis være mini-male med hensyn til belastningene på stigerøret.

Fig. 23 viser det flytende produksjonsfartøy forankret ved hjelp av stigerøret. Selv om stigerøret er vist foran bauen på tankskipet, kan stigerøret også settes ut gjennom en gjennomgående sjakt i skipet. Fig. 24 viser detaljer av utstyret vist i fig. 23. Stigerøret 101 er festet til bæremasten 102 ved hjelp av en opplagring slik at stigerøret hindres i alle bevegelser unntatt rotasjon. Tankskipet kan således dreie rundt stigerøret uten å vri dette. Holdemasten 102 for stigerøret er festet til svingebjelken 103 for bevegelseskompensasjon ved hjelp av et kardanledd 104 som muliggjør at holdemasten for stige-røret kan svinge i alle retninger. Holdemasten rager under kardanleddet, for at en motvekt kan benyttes for å sikre at masten står hovedsakelig vertikalt, og for å minske bøyebelastninger i stigerøret. Ved det nederste punkt av holdemasten 102 benyttes en føring 105 for å holde holdemasten innrettet etter stigerøret. Kardanleddet 104 befinner seg ved en ende av en svingebjelke 103. Ved den annen ende av svingebjelken er en motvekt i form av en tank 106. Tanken kan fylles med vann eller et annet fluid for å justere vekten. Vekten er tilstrekkelig stor til å utballansere utstyret i tillegg til strekkraften i stigerøret. Svingebjelken 103 bæres av vugger 107 som befinner seg over dekket, omtrent midtveis i kompensasjonsbevegelsen. Dette er for å minske den horisontale bevegelse av stigerøret på grunn av at kardanledd-enden til bjelken svinger i en bue. Dette trekk er ikke vesentlig, men er fordelaktig. Svingebjelken 103 er vist som en fagverkskonstruksjon med vuggene i stor innbyrdes avstand. Dette ikke bare muliggjør at det kan benyttes en lett konstruksjon, men gjør også at sidekrefter fra stigerøret kan opptas av vuggene. Horisontale bevegelser, både forover og akterover og fra side til side motvirkes av vuggene, ved hjelp av den ovenfor beskrevne fortanning. Når bjelken svinger, ruller de buede vuggeflater på bjelken langs bæreflatene. Det skjer ingen glidebevegelse, fordi delingen i de to for-tanninger er tilpasset hverandre. Bevegelser på grunn av sidebelastninger fra stigerøret eller sideveis treghetskrefter fra motvekten bevirker forskjellige belastninger på fortanningene på hver side av bjelken. Sidekreftene motvirkes av endebelastning på fortanningene eller ved hjelp av andre, passende trykkflater.

Stigerørlengdene lagres ved den fremre ende av bjelken, i utstyret 108 for tilførsel og lagring av rørdeler. Dette utstyr hever hver rørdel til masten 102, der utstyret 109 benyttes for å sammenkoble rørskjøtene og å senke stige-røret mot bunnen. Når det produseres olje gjennom stige-røret, benyttes et dreieledd 110 med flere åpninger på toppen av stigerøret. Fleksible slanger og rør benyttes for å transportere oljen fra dreieleddet til behandlings-utstyret på tankskipet.

Tilkoblingen av stigerøret til fundamentet på sjøbunnen utføres på samme måte som beskrevet i Canadisk patent-ansøkning 430.623. Tankskipet anbringes over fundamentet på sjøbunnen. Masten 102 for stigerøret anbringes i vertikal stilling ved hjelp av hydrauliske sylindere. Utstyret 108 for tilførsel og lagring av stigerørdeler fører deretter en rørlengde mot masten, inntil enden er rett under utstyret 109 for bevegelse av stigerøret. Utstyret 109 har en vinsj og en løpeblokk av lignende type som vanligvis benyttes for borerør og foringsrør på flytende borerigger, inkludert en hydraulisk bevegelseskompensator med liten bevegelse. Denne kompensator benyttes vanligvis bare mens stigerøret tilkobles fundamentet .

Løpeblokken i utstyret 109 festes til enden av rørdelen og hever denne. Rørdelen svinger deretter fra horisontal stilling til vertikal stilling i masten. Den nedre ende av rørdelen styres av utstyret 108. Med rørdelen i vertikal stilling senkes denne ned på en allerede montert rørdel i stigerøret og kobles til denne. Utstyret 109 senker deretter hele stigerøret inntil den øvre ende av dette kommer til plattformen ved kardanleddet. Ytterligere rørdeler monteres på samme måte.

Når korrekt lengde av stigerøret er satt ut, fylles motvektstanken med vann, slik at bjelken svinger og anbringer kardanleddet og masten nær den høyeste stilling. Stigerøret senkes mot fundamentet ved hjelp av utstyret. Den endelige anbringelse i horisontalplanet gjøres ved å bevege kardanleddet, som svinger stigerøret i en vinkel, og den nedre ende av stigerøret vil henge på et annet sted. Vertikal bevegelse under denne operasjon skjer delvis ved hjelp av svingebjelken, men hovedsakelig ved hjelp av kompensatoren i utstyret. Etter at stige-røret er festet til fundamentet avbrytes fremdriften av tankskipet og posisjonsholdingen, og motvektstanken fylles med vann for å gi korrekt strekk i stigerøret. På dette tidspunkt er de aktivt styrte systemer ute av drift, og tankskipet driver med bølgene, vinden og strøm-mene inntil stigerøret inntar en likevektstilling.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte ved fortøyning av et flytende produksjonssystem, karakterisert ved at det benyttes et stigerør som settes under strekk ved hjelp av et system for bevegelseskompensasjon som omfatter en motvekt, montert på dekket av det flytende produksjonssystem, idet det denyttes et vyggearrangement for å minske endringer i belastningen på stigerø ret forårsaket av massetregheten i motvekten.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at horisontale krefter overføres til en svingende bjelke ved bruk av en anordning med tannstang og en buet fortanning, idet delingen til fortanningene er tilpasset hverandre.

3. Anordning for fortøyning av et flytende produksjonssystem , karakterisert ved at fortøyningen skjer ved hjelp av et stigerø r som er under strekk, at strekket i stigerøret og bevegelser opptas av et hydraulisk kom-pensasjonssystem, og at en mast lagret i et kardanledd forbinder stigerøret med det flytende produksjonssystem, og omfatter midler for å tilføye rørlengder til stigerør-et mens dette fortøyer skipet.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter en holde- og utballanseringsarm som er festet til masten, idet stigerøret innretter masten etter stigerøret, og at en motvekt utballanserer vekten av masten for statisk og dynamisk ballanse.

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter midler for vinkelinnstilling av masten, slik at den nedre ende av stigerøret blir korrekt anbragt for tilkobling av stigerøret til et fundament på sjøbunnen.

6. Sugeanker som gir høy vertikal holdekraft og stor motstand mot bøyemoment, omfattende en ankerplate, en roterbar skjæreanordning på den nedre ende av platen, en mast i form av en åpen konstruksjon festet til og ragende oppover fra fundamentet, og plateelementer som rager oppover og innover fra fundamentet til den øvre ende av masten.

7. Anordning for å bevirke passiv bevegelseskompensasjon i sammenkoblingen mellom et skip og et stigerør, idet skipet omfatter et produksjonssystem eller er et tankskip for lagring av olje, og omfatter fyllte, fremre tanker, en brokonstruksjon montert på dekket av skipet, hvilken brokonstruksjon er svingelagret i forhold til dekket ved den bakre ende av konstruksjonen, idet den fremre ende henger utenfor bauen til skipet, at et stige-rør er festet til den fremre ende av broen, at vertikale staver rager langs sidene av det fremre parti av broen og har tilstrekkelig hø yde til å dekke den vertikale bevegelse av broen, at en flottøranordning er opphengt under broen i de fyllte tanker i skipet, og at et dreieledd for en produksjonsledning er montert i en kardanopphengt opp-hengningsanordning i den fremre ende av broen, for tilkobling til et stigerør.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at flottø ranordningen omfatter separate, sammenkoblede flottø rtanker som er koblet til undersiden av broen ved hjelp av armer.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at dybden til de bakre flottører i tanken i skipet er større enn for de fremre flottører, slik at det er dannet et kilemønster.

10. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at det omfatter en flottør beregnet for å etterlate stigerø ret, hvilken flottør danner den nedre ende til et forsterket, øvre parti av stigerøret.

11. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den omfatter system for bevegelse av rørdeler, hvilket system er bevegelig mellom en passiv stilling i avstand fra kardanleddet og stigerøret og en aktiv stilling over kardanleddet, hvilket system omfatter en øvre kran som kan bevege seg horisontalt langs to akser, en drivanordning og spindel-skruer for bevegelse av kranen, en anordning for lagring av rørdeler, en sperreanordning for å feste vogene til skinnene når den er innrettet over kardanleddet, en vinsjanordning samt et lø ftehode som omfatter en konisk sperremekanisme for sammenkobling med rørdelene.

12. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at systemet for bevegelse av rørdeler omfatter et lagringsstativ for rør-delene, en vognanordning som har et sett skinner, en tårnkonstruksjon som er montert på et kardanledd og har en heiseblokk med trinser montert på vognen, et løftehode med en låsemekanisme for å feste og heve stigerøret, og en armanordning og et gripehode for å holde rørdeler for bevegelse til lagringsstativet.

13. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den omfatter en motvekt på broen, bak svingepunktet til denne.

14. Anordning for bevegelseskompensasjon ved hjelp av en motvekt i et forankringssystem for forankring av et tankskip ved hjelp av et stigerør, omfattende en svingebjelke for å feste stigerøret til tankskipet, en motvekt festet til den ende av bjelken som er fjernest fra stige-røret, idet svingebjelken omfatter midler for å bevirke at understøttelsespunktet for bjelken beveger seg for å kompensere for akselerasjonene til tankskipet.

15. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at motvekten omfatter en fluidfyllt tank.