NO863917L - Utjevningsutstyr for dynamisk last. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår overveiende bevegelsesutjevning, og nærmere bestemt forbedringer ved utjevningsanordninger for ekstra sterk påkjenning som gjør dem enklere, mer effektive og pålitelige.

Det er behov for enkelt, effektivt,pålitelig utjevningsutstyr for ekstra sterk påkjenning, bevegelse og last. F.eks. bør helikopterlandingsunderlag understøtte en forutbestemt last og oppløse tilleggsbelastning, for å utligne og oppheve tilleggskrefter som utøves som et resultat av "dekkheving" på et fartøy. Et ønskelig "støtdekk" bør også utligne for en "hard" landing eller uforvarende hurtig ned-stigningsfart av helikopteret, og som på annen måte kunne påvirke ugunstig konstruksjonshelheten av dekkunderstøttel-sesoppbygningen.

I tilfelle med et flytende borefartøy til havs, kan det ikke i seg selv tilveiebringe en konstant stabil plattform i forhold til brønnhodet under vann. Med hensyn til dette kreves det en stabil referanse for landing og innhen-ting av brønnhode og beskyttelsesutstyr mot utblåsning, styring av strengvekten på borkronen i hullet, landing av foringsrør og foring, kjernebor, brønnlogging og utfisking. Det er behov for opphevelse av virkningene fra riggens/ plattformens heving som reaksjon på sjødønninger, og for utjevningsutstyr som kan opprettholde en forutbestemt løfte-kraft.

Tidligere borestreng-utjevningsutstyr, noen ganger kalt for hevekompensatorer, er av to typer:

1. Blokkmontert, eller

2. Kronemontert.

Blokkmonterte kompensatorerøker i det vesentlige vekten til-ført til trekkarbeidet, krever nøyaktig innretting av bore-tårnlinjen og mothold, og representerer en vesentlig forandring i dekklastarmen ved deres bevegelse opp og ned boretårnet. Kronemonterte kompensatorer overvinner disse hoved-ulemper, men tilfører fremdeles en vesentlig vekt til boretårnets krone. Disse to metoder har sammen noen felles ulemper: 1. Slag/kompenseringslengden er lik stanglengden eller må omfatte kjettinger og blokkskiver som tilfører

slitasje/feilområder.

2. Rigghevekompensering bevirker kompresjon eller ekspansjon av komprimert luft, som igjen bevirker en invers reaksjon i den påførte kompenseringskraft.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et utjevningsutstyr som tilfredsstiller det behov som det er referert til, og unngå eller minske ulempene med tidligere kompensatorer.

Den foreliggende oppfinnelse er utjevningsutstyr for dynamisk last omfattende et første element for å oppta forutbestemt tilført belastning, og et fundament anbragt langsgående med mellomrom fra nevnte element, innretninger omfattende deler forbundet med ledd som støtter nevnte første element på fundamentet og virker for å motstå forskyvning derav,karakterisert vedat nevnte fundament er istand til å bevege seg relativt mot og bort fra nevnte første element mens den nevnte forutbestemte belastning tilføres til nevnte første element, idet noen bestemte av nevnte deler strekker seg langsgående og på siden mot venstre, og andre av nevnte deler strekker seg langsgående på siden mot høyre, første forbindelser som svingbart sammenkobler nevnte bestemte deler, og andre forbindelser som svingbart sammenkobler nevnte andre deler.

Som det vil fremgå, er bevegelsesdempere av fluidum-typen virksomt forbundet med deler forbundet med ledd for å motstå ettergivende deres svingning, idet slike dempere typisk omfatter stempler arbeidende i sylindre mot fluidum innrettet til å være økende eller avtagende komprimert; og stemplene er forbundet på en slik måte at de kan forskyves som en funksjon av vinkelsvingning av delene i forhold til nevnte plattform, idet utstrekningen av stempelforskyvning avtar etter hvert som fundamentet beveger seg oppover mot plattformen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er demperne forskjøvet fra plattformen og forbundet med lavere utstrekninger av delene slik at slike lavere utstrekninger kan forskyves overveiende parallelt med plattformen og i forhold til fundamentet og plattformen; og delene strekker seg i hyperboloid konfigurasjon for maksimal stabilitet og styrke, og minimal vekt; og i en ytterligere utførelsesform er demperne integrert i delene forbundet med ledd, som strekker seg i retningene derav.

Videre får utjevningsutstyret, når det påføres et boretårn, effektivt en kompenseringskrone. Egentlig blir det øvre parti av selve tårnet utjevningsutstyret, som virksomt reduserer boretårnvekten. Foreningen av hyperboloid-utformingen med hydraulisk fluidumtilførsel gjør dette effektivt.

Ytterligere fordeler med oppfinnelsen omfatter:

a) Kompresjon kontra tilført kraft er i en eksponensiell grad heller enn lineær. Denne eksponensielle økning absorberes av en omvendt eksponensiell mekanisk forskyvning, som eliminerer enhver forandring i løftekraft. b) Bruken av denne mekaniske forskyvning eliminerer behovet for høytrykksrør eller flasker. c) Den reduserte mengde av luft som kreves gjør det meget fordelaktig å anvende nitrogen som gassmedium, og tillater at en vanlig nitrogengenerator kan anvendes for å

lade utstyret av sikkerhetsgrunner.

d) Utstyretøker vesentlig effektiviteten av utjev-ningen mens totalvekten, materialkostnadene og oppbyggings-kostnadene reduseres. e) Tilveiebringelse av en hyperboloid boretårn-oppbygging gir øket styrke og stabilitet for den krone-anbragte kompensator.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med noen utførelseseksempler og under henvis-ning til tegningene, der fig. 1 er et sideriss av støtte-deler forbundet med ledd og en aktuator forbundet med den samme, fig. 2 er et sideriss som viser kompenseringsoppbyg-ningen opptatt i oppfinnelsen i form av en lastbærende plattform, fig. 3 er et riss som fig. 2 som viser den samme oppbygning med dens topp avbøyd nedover, fig. 4 er et planriss av et parti av oppbygningen på fig. 2, og som anvender enkeltstående horisontal forskyvning, fig.5 er et sideriss som viser forbindelser mellom støttedeler forbundet med ledd og bevegelsesdempere, fig. 6 er et forstørret riss som viser et avsnitt med detaljer av en bevegelsesdemper av

typen med et stempel og sylinder, og som anvender horisontale forskyvningspar, fig. 7 er et sideriss som viser detaljer av en modifisert kompenseringsoppbygning, fig. 7a er et ufullstendig planriss etter linjen 7a-7a på fig. 7,

fig. 8 er et sideriss som viser en anvendelse av utjevnings-oppbygningen på en boreplattform til havs, fig. 9 er et sideriss som viser detaljer av et hyperboloidformet boretårn-rammeverk som anvendt i plattformen på fig. 8, fig. 10 er et forstørret riss som viser en typisk forbindelse som anvendes i rammeverket på fig. 9, fig. 11 er et diagram som viser relativ bevegelsesposisjon for en kroneblokk og en blokk-skive for en line forbundet med kroneblokken, fig. 12 er et ufullstendig sideriss som viser innretninger for å styre forskyvningen av linen forbundet med kroneblokken, fig. 13 er et planriss etter linjen 13-13 på fig. 12, og fig. 14 er et riss som viser tillegg av vertikal dempning til utstyret på fig. 7.

Idet det vises til fig. 1-3, omfatter det viste lastutjevningsutstyr et første element, som f.eks. en plattform 10, til å oppta påført last, vist med pilen L pekende nedover. Utstyret omfatter altså et fundament 11 anbragt med mellomrom nedenfor plattformen. Plattformen kan være sirkulær, som et landingsunderlag for helikopter. Den selv utøver belastningen L<1>nedover.

Innretninger omfattende deler forbundet med ledd støtter det første element 10 på fundamentet 11, og virker for å motstå forskyvning nedover av elementet 10karakterisert vedat fundamentet 11 kan beveges relativt mot og bort fra elementet 10 (eller vice versa) mens forutbestemt belastning L tilføres den samme. Dersom f.eks. et helikopter lander på plattformen, vil den følgelig vike nedover i kompenseringsforhold, f.eks. fra nivået "a" vist på fig. 2 til nivå "b" vist på fig. 3; og deretter, dersom fundamentet beveges oppover (f.eks. nivå "c") eller nedover (f.eks.

til nivå "d"), bidrar plattformen til å forbli på et nivå "b". Slik bevegelse av fundamentet kan f.eks. forekomme på grunn av heving av et fartøy (skip eller borerigg til havs, osv.), av sjøen, og etterfølgende fall av fartøyet i en bølgedal.

Nærmere bestemt strekker noen av delene 13 forbundet med ledd seg langsgående nedover og også på siden mot venstre; og andre av slike deler 14 strekker seg langsgående nedover og sideveis mot høyre; dvs. alle deler 13 og 14 strekker seg i vinkler med plattformen. Som vist er delene 13 svingbart forbundet ved deres øvre ender til plattformen ved 13a; og øvre ender av deler 14 er svingbart forbundet ved 14a til plattformen. Tapper 13a og 14a for påfølgende ledd kan falle sammen eller falle tett sammen. Leddene kan være overveiende sirkulært anordnet i en ring, dvs. å ha en samlet hyperboloid form, som krysser ved de geometriske steder 15.

I tillegg kan innretningene som støtter plattformen på fundamentet 11 f.eks. være i form av bevegelsesdempere 16 forbundet med delene 13, 14 ved deres nedre ender for å motstå svinging av leddelene. Slike dempere er forskjøvet nedover fra plattformen og forbundet svingbart som ved 16a og 16b (se fig. 6) til nedre ender av 13b og 14b av påfølgende ledd, slik at slike nedre ender kan være forskjøvet overveiende parallelt med plattformens plan, som reaksjon på "heve"-bevegelse oppover og nedover av fundamentet i forhold til plattformen, slik at plattformen bidrar til å forbli stabilisert i posisjon for å kompensere for slik heve-bevegelse. Som vist på fig. 6 kan demperen 16 typisk omfatte et stempel 17 som arbeider i lengderetningen i boringen 18a av sylinderen 18, og mot trykket fra fluidum 19 i kammeret 20; sylinderstang 18b er forbundet med tapp 16b, og stempelstangen 17b er forbundet med tappen 16a. Sylinderen kan være støttet som ved 21 på fundamentet slik at stengene 17b og 18b og tapper 16a og 16b beveger seg horisontalt, parallelt med palttformens plan. Se fig. 3. Ledd 13 og 14 strekekr seg med like vinkler oc til stengenes 17b og 18b akser, og vinklene ot avtar etterhvert som fundamentet beveger seg oppover dynamisk i forhold til plattformen; men støttekraften som utøves på plattformen bidrar til å for-

bli den samme slik at plattformen forblir i posisjon. Den posisjon er typisk den posisjon den antar under påført statisk belastning nedover, som av helikopter, borestreng,

eller annen lastkilde.

Videre med hensyn til fig. 6, kan bevegelsesdempere omfatte en væskeinneholdende akkumulator 30 forbindbar som via ledning 31a og ventil 32 med kammer 20, og dersom det ønskes, forbindbar med kamrene 20 av andre sylindre forbundet med par av deler 13 og 14. Akkumulatoren inneholder også

et gasstrykkreservoar 31, adskilt fra væsken 19a i akkumulatoren som av en blære 33. Gasstrykk 36 (som f.eks. nitrogen) i reservoaret 31 er innstillbart av gasspumpe 34 og utløps-ventil 35; idet begge har forbindelse via ledningen 37 med reservoar 31. Følgelig kan det hydrauliske begynnelsestrykket i kammeret 20 innstilles for å balansere med den påførte statiske last L på plattformen 10, forbundet med en antatt startposisjon for plattformen. Deretter, når fundamentet 11 heves eller senkes, beveges stemplene i sylindrene mot den ettergivende motstand fra væsken 19 og gasstrykket 36 for å bli tilpasset regulert kompenserende dynamisk bevegelse av leddendene 13b og 14b, som beskrevet ovenfor, slik at plattformen forblir i det vesentlige i en antatt startposisjon. Smøremiddel 34 kan tilføres til kammeret 35, for å smøre stemplet og sylinderpartiet. Et smøremiddelreservoar er vist med henvisningstall 38.

I den modifiserte anordning vist på fig. 4 og 5, er en demper 16 festet til hvert ledd 13 og 14, som vist.

Det er også tilveiebragt første forbindelsesstykker som svingbart sammenkobler visse deler 13, og andre forbindelsesstykker som svingbart sammenkobler de andre deler 14. Se f.eks. stangforbindelsesstykker 47 svingbart festet ved 47a og 47b til midtpartier av ledd 13; og stangforbindelses-stykekr 48 svingbart festet ved 48a og 48b til midtpartier av ledd 14. Slike stangforbindelsesstykker er for å stabili-sere mekanismen, f.eks. for å motstå relativ rotasjon av plattformen og fundamentet, og å motstå flyting av plattformen i forhold til fundamentet, eller flyting av fundamentet i forhold til plattformen.

Idet det vises til fig. 7 omfatter den modifiserte oppbygning et første element såsom plattform 40, et fundament 41 under plattformen, og innretninger omfattende deler 42 og 43 forbundet med ledd som støtter plattformen på fundamentet og virker til å motstå forskyvning derav,karakterisert vedat fundamentet kan beveges oppover eller nedover i forhold til plattformen mens forutbestemt belastning påføres til plattformen som bidrar til å forblir i posisjon under påført belastning L. Deler 42 strekker seg nedover og på siden mot venstre mellom tappforbindelser 42a og 42b til plattformen og fundamentet; og deler 43 strekker seg nedover og på siden mot høyre mellom tappforbindelser 43a og 43b til plattformen og fundamentet. Stenger 44 strekker seg horisontalt og er forbundet svingbart ved 44a og 44b til deler 42; og stenger 45 strekker seg horisontalt og er svingbart forbundet ved 45a og 45b til deler 43. Bemerk at forbindelsene er til sylindre 42c og 43c. Se fig. 7a med hensyn til dette.

Delene 42 og 43 omfatter bevegelsesdempere, som vist, idet hver demper har en sylinder som ved 42c og 43c forbundet til fundamentet, et stempel i sylinderen, og stempelstenger 42e og 43e forbundet til plattformen. Mens fundamentet beveges oppover eller heves mot plattformen under hevelast, kompenseres forskyvningen oppover av forskyvning av stemplene i sylindrene, som forbindes med trykkfluidum i sylindrene for på den måten å absorbere bevegelsen oppover uten i det vesentlige å forstyrre nivået for den statisk belast-ede plattform. Merk at delene 42 og 43 kan være anordnet sirkulært omkring en sentral akse oppover, og at de representerer en hyperboloidisk oppbygningsanordning, som gir stor stabilitet og styrke til utstyret. Det er minst tre par (13 og 14) av slike deler, i en sirkulær anordning.

Fig. 8 viser en påføring av utjevningsutstyret 50

(av typen fra enten fig. 2 og 3, eller fig. 7) på et brønn-boretårn 51 på en flytende plattform 52 til havs. Under-vannsflåter er vist med henvisningstall 53, og oppbygning 54 støtter plattformen på flåtene. Plattformen 40 (antatt at innretningen 50 er av typen på fig. 7) henger sentralt opp en ledning 55 som bærer transportblokkskiven 56. Sistnevnte støtter igjen en borestreng 57 som henger opp boreutstyret, som f.eks. et brønnhoderør 58 (utblåsningsbeskyttere, akkumu-latorer og brønnhodeforbindelsesstykke) innrettet til å bli senket til sjøbunnen eller gulvet 59, for å bli festet til et stigerør 60. Det er nødvendig at det tunge kostbare rør 58 ikke støter tungt nedover på røret 60 eller brønnhodet,

idet kompensatoren 50 anbragt på toppen forhindrer slikt støt. Mens sjøen beveger boretårnet oppover eller nedover opprettholdes plattformen 40 følgelig i det vesentlige på et forutbestemt nivå i forhold til sjøbunnen eller brønnhodet som forklart ovenfor.

Fig. 9 viser boretårnoppbyggingen 51 omfattende en hyperboloidisk anordning av støttedeler. Sistnevnte omfatter lineært langstrakte støttedeler (stål eller betong, eller begge deler) av hvilke visse ved henvisningstall 60, strekker seg nedover og på siden langs hyperboloidiske ledelinjer i en retning omkring boretårnets sentrale vertikal-akse 61. Bindestykket 63 sammenkobler delene som vist. En typisk forbindelse er vist med henvisningstall 64 på fig.10. En slik hyperboloidisk oppbygning er vektbesparende, og opti-maliserer boretårnets styrke og stabilitet, og den hperboloi-diske kompenseringsenhet på toppen av boretårnet bidrar også til å redusere vekt og øke styrken og stabiliteten.

Innretningen som utøver en forlast og plattform-elementet 10 på fig. 12 omfatter en kroneblokkskive 70, til hvilken transportblokkskiven 56 (som støtter borestrengen)

er forbundet, som ved linen 71. Linens nedre ende er forbundet med trekkinnretninger, eller annen styretrommel eller trinseutstyr, vist med henvisningstall 72. Sistnevnte er støttet på boretårnet, som beveges opp og ned som reaksjon på sjøbølgebevegelsen, som beskrevet ovenfor. Med mindre den virksomme lengde av linen 71 også kompenseres, vil følgelig blokkskivene 70 og 56 beveges oppover og nedover i forhold til sjøbunnen, selv om plattformen 10 er stabilisert. Se fig. 11.

Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen, er det tilveiebragt reguleringsinnretninger (vist generelt med henvisningstall 73) og innkobler linen 71 til å forlenge eller korte inn dens virksomme lengde som reaksjon på bevegelse oppover henholdsvis nedover av boreplattformen, slik at blokkskivene 70 og 56 opprettholder sine nivåer i forhold til sjøbunnen. I eksemplet omfatter reguleringsinnretningen 73 to aktuatorer eller dempere 74 av stempel og sylinder-typen som også vist på fig. 6. Sylindrene er svingbart forbundet ved henvisningstall 75 til boretårnoppbygningen 76;

og stemplene har stenger 77 svingbart forbundet ved henvisningstall 78 til blokkskiven 78 over hvilken linen 71 føres. Mens boretårnet hever seg, reduseres kraften innover utøvet på aktuatorene 74 av blokkskiven, hvorved stemplene og stengene 77 forlenges (til høyre på fig. 12 og 13) på grunn av ekspansjon av komprimert gass i sylindrene av stemplene, som holder blokkskiven 56 borte fra bevegelse i forhold til sjø-bunnen; og mens boretårnet faller ned, økes kraften innover på aktuatorene 74, hvorved stemplene og stengene 77 beveges innover (til venstre på fig. 12 og 13) som holder blokkskiven 56 fra å bevege seg i forhold til sjøbunnen. De komprimerte fluidumkammere i sylindrene kan være forbundet, som ved ledningen 79 hvorved trykk i fluidumkamrene utlignes. Det kan også tilveiebringes spor for blokkskivebevegelse innover og utover.

Ved det beskrevne utjevningsutstyr for dynamisk last på fig. 12 og 13 (to dempere som danner en spiss vinkel ved et svingepunkt), vil videre den resulterende forandring i fluidumtrykk, i kraft av vekslinger i kompresjonskammer-størrelsen, være eksponensielt absorbert, hvilket tillater at linelasten forblir konstant.

I enhver gitt anvendelse av utjevningsutstyret for dynamisk last kan ytterligere vertikal dempning oppnås med en tilleggsdemper 109 svingbart montert på fundamentet 11 og som strekker seg oppover til de diagonale deler 13 og 14. Denne modifikasjon og den resulterende virkning av vertikal belastning kan videre reguleres ved styring av trykket i det vertikale dempningskompresjonskammer. Denne styring kan oppnås av fluidumtrykkregulering ved henvisningstall 110 eller ved tillegg av en akkumulator 111 for å øke kammer-volumet, eller begge deler som vist på fig. 14, med forbindelse til demperen ved henvisningstall 115. Den vertikalt monterte demper 109 reduserer både vertikale og horisontale lastkrefter, i et proporsjonalt forhold.

Idet det igjen henvises til fig. 7 skal det bemerkes at de alternerende forbindelsespunkter 141 - 145 for endene av sylindrene 42c og 43c, på boringen 41, er til å innstille trykkene i demperne og til å variere vinklene for rettet overtrykkdannelse av demperne.

Claims (13)

1. Utjevningsutstyr for dynamisk last omfattende et første element for å oppta forutbestemt tilført belastning, og et fundament anbragt langsgående med mellomrom ' fra nevnte element, innretninger omfattende deler forbundet med ledd som støtter nevnte første element på fundamentet og derfor virker for å motstå forskyvning, karakterisert ved at nevnte fundament kan beveges relativt mot og bort fra nevnte første element mens nevnte forutbestemte belastning tilføres til nevnte første element, idet noen bestemte av nevnte deler strekker seg langsgående og på siden mot venstre, og andre av nevnte deler strekker seg langsgående og på siden mot høyre, første forbindelser sammenkobler svingbart nevnte bestemte deler, og andre forbindelser sammenkobler svingbart nevnte andre deler.

2. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte første element omfatter en plattform, og nevnte deler forbundet med ledd er svingbart forbundet med plattformen og fundamentet for å svinge relativt til plattformen mens plattformen beveger seg relativt mot og bort fra nevnte fundament.

3. Utstyr ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte innretninger omfatter bevegelsesdempere forbundet med nevnte deler for etter-, givende å motstå svingning derav.

4. Utstyr ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte deler omfatter bevegelsesdempere.

5. Utstyr ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte plattform strekker seg i en retning X og nevnte dempere er forskjøvet fra nevnte plattform og forbundet med nedre utstrekninger av delene slik at slike nedre utstrekninger kan forskyves overveiende parallelt med plattformen og relativt til fundamentet og plattformen.

6. Utstyr ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte deler strekker seg i hyperboloidform.

7. Utstyr ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte deler omfattende nevnte dempere strekker seg i hyperboloid form.

8. Utstyr ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at nevnte stempler er forbundet med nevnte deler for å bli forskjøvet som en funksjon av vinkelsvingning av delene relativt til nevnte plattform, slik at utstrekningen av nevnte stempelforskyvning avtar etterhvert som fundamentet beveger seg oppover mot plattformen.

9. Utstyr ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at innretninger utøver en forlast på nevnte element i lengderetningen.

10. Utstyr ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at en flytende boreplattform til havs støtter nevnte boretårn, slik at mens plattformen heves som reaksjon på en hevende sjø, beveger fundamentet seg oppover relativt mot plattformen, som i det vesentlige bibeholder sitt nivå.

11. Utstyr ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at nevnte boretårn har et rammeverk med støttedeler som strekker seg langs hyperboloidiske ledelinjer.

12. Utstyr ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte innretninger omfatter en kroneblokkskive opphengt fra nevnte element, og en line forbundet med nevnte kroneblokkskive for å heve og senke den samme, idet linen også er forbundet med en trommel på boretårnet, og det er styreinnretninger som innkobler nevnte line for å forlenge eller korte inn dens virksomme lengde som reaksjon på nevnte bevegelse av boreplattformen oppover henholdsvis nedover, slik at kroneblokkskiven opprettholder sin høyde i forhold til sjøbunnen.

13. Utstyr ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte styreinnretning omfatter to fluidumtrykkaktuatorer båret av boretårnet, idet aktuatorene omfatter stempler og sylindre, et av stemplene og sylindrene i hver aktuator er virksomt forbundet til en skive omkring hvilken den kroneblokkskiveforbundne line strekker seg, hvor aktuatorene strekker seg i utspredende forhold bort fra nevnte skive slik at skiven er ettergivende for-skjøvet som reaksjon på kraftpåføring dertil fra linen under nevnte bevegelse oppover og nedover av plattformen.