NO864031L

NO864031L - RIDER PIPE ROLLER.

Info

Publication number: NO864031L
Application number: NO864031A
Authority: NO
Inventors: Peter Gibb
Original assignee: Novacorp Int Consult
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1987-04-13
Also published as: GB2182695A; NO864031D0; GB8624518D0

Abstract

Leddanordning for stigerør-bunt (2), omfattende en svingbar hylse (1) som erilknyttet et fundament (11) som bunten rager opp fra, idet hylsen omgir bunten over fundamentet. For å oppnå at stigerør-bunten (2) ikke utsettes for sterk krumning når hylsen (1) inntar skråstilling har hylsen en vesentlig radial' avstand fra bunten i vertikal tilstand, og for å kompensere for lengdeforskyvning mellom hylsen og bunten ved utsvingning til skråstilling har hylsen svingeakser som er horisontalt forsatt i forhold til senterlinjen til bunten.Guide device for riser bundle (2), comprising a pivotable sleeve (1) which is connected to a foundation (11) from which the bundle projects, the sleeve surrounding the bundle above the foundation. In order to ensure that the riser bundle (2) is not subjected to strong curvature when the sleeve (1) assumes an inclined position, the sleeve has a substantially radial distance from the bundle in the vertical state, and to compensate for longitudinal displacement between the sleeve and the bundle when swinging to inclination the sleeve pivot axes that are horizontally offset from the centerline of the bundle.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår bruken av stigerør i offshore olje- og gassindustri. Et stigerør er et rør som forbinder utstyr på sjøbunnen med et flytende fartøy på overflaten. På grunn av at overflatefartøyet kan bevege seg i sin fortøyning når det påvirkes av ytre krefter beveger også stigerøret seg, slik at dette bøyes. Det benyttes derfor vanligvis en leddanordning ved bunnen av stigerøret for å muliggjøre denne bøyebevegelse. Mange typer leddanordninger har vært benyttet, slik som kuleledd, universalledd og ledd med elastomer og stål (Murdock-ledd). Disse gir tilfredsstillende løsninger når det benyttes et enkelt rør. Det oppstår imidlertid et problem når det benyttes flere rør. Den vanlige anvendelse er når flere rør befinner seg inne i et større rør, slik som når et stige-rør benyttes for overhaling av en brønn eller for produksjon. Adkomst til brønnen er gjennom de indre rør, og belastinger opptas av det ytre rør. Den foreliggende oppfinnelse angår særlig bøyning av et stigerør som har indre rør. The present invention relates to the use of risers in the offshore oil and gas industry. A riser is a pipe that connects equipment on the seabed with a floating vessel on the surface. Because the surface vessel can move in its mooring when it is affected by external forces, the riser also moves, so that it bends. A joint device is therefore usually used at the bottom of the riser to enable this bending movement. Many types of joint devices have been used, such as ball joints, universal joints and joints with elastomer and steel (Murdock joints). These provide satisfactory solutions when a single pipe is used. However, a problem arises when several pipes are used. The usual application is when several pipes are inside a larger pipe, such as when a riser pipe is used for overhauling a well or for production. Access to the well is through the inner pipes, and loads are absorbed by the outer pipe. The present invention relates in particular to the bending of a riser which has an inner tube.

En løsning er å benytte en versjon av et Murdock-ledd, men med flere boringer. Dette medfører imidlertid problemer med at det kreves flere bevegelige deler for å holde elastomeren komprimert. Det oppstår også en bøy som begrenser bevegelse av verktøy gjennom rørene. Innretningen er begrenset til små vinkler fordi rørene forskyves i forhold til hverandre, hvilket ytterligere begrenser adkomsten etterhvert som vinkel-en øker. One solution is to use a version of a Murdock joint, but with more bores. However, this causes problems in that more moving parts are required to keep the elastomer compressed. A bend also occurs which limits the movement of tools through the pipes. The device is limited to small angles because the pipes are displaced in relation to each other, which further limits access as the angle increases.

En annen løsning er å unngå bruken av et ledd og å tillate stigerøret og de indre rør å bøyes. I dette tilfellet er det ytre rør gradvis forsterket mot fundamentet, slik at det kan oppta store bøyemomenter. Den alvorligste ulempe med denne løsning er det store bøyemoment som overføres til den under-liggende konstruksjon (Fig. 1). Another solution is to avoid the use of a joint and to allow the riser and inner tubes to bend. In this case, the outer pipe is gradually reinforced against the foundation, so that it can absorb large bending moments. The most serious disadvantage of this solution is the large bending moment that is transferred to the underlying structure (Fig. 1).

Det store bøyemomentet kan minskes ved å montere fleksible elementer i den ytre foring. Krumningsradien kan derfor gjøres mindre, og tilpasses den krumning som tillates i de indre rør med mindre diameter. Dette kan oppnås på to måter. For det første kan det benyttes flere bøyelige ledd, slik at det ytre rør har flere rette seksjoner og tilnærmet tilpasse seg krumningen til de indre rør. Dette er beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Et annet alternativ er å benytte et enkelt bøyelig ledd ved bunnen av stigerøret og å tillate at de indre rør bøyes inne i et stigerør med stor diameter over leddet (fig. 2). Forutsatt at leddet befinner seg i den nederste stilling er det ingen innbyrdes avstand og således ikke noe bøyemoment. Det oppstår imidlertid et problem på grunn av innbyyrdes lengdeforandring mellom de indre rør og det ytre rør. Dette er illustrert i fig. 3. Når stigerøret er i vertikal stilling er lengden av alle rørene den samme. Når stigerøret bøyes er det vesentlig at de indre rør påkjen-nes innen akseptable grenser. Det er således en minste krumningsradius som rørene kan bøyes til. En geometri er vist i fig 3, der rørene er bøyd bort fra vertikalretningen og mot senterlinjen til det skråstilte ytre rør og deretter går over i en motsatt krumning, med den samme minste radius, for deretter å være konsentriske og parallelle med midtlinjen til det ytre rør. På grunn av at at senterlinjen til de indre rør be-skriver en lengere bane enn senterlinjen til det ytre rør vil toppen av den indre rørbunten være i en lavere stilling enn det ytre rør. Den eneste måte å løse dette problem er å montere et bøyelig ledd i rørene eller å benytte et arrangement for forskyvning av rørene, men disse løsninger er vanligvis et problem. The large bending moment can be reduced by installing flexible elements in the outer lining. The radius of curvature can therefore be made smaller, and adapted to the curvature that is permitted in the inner tubes with a smaller diameter. This can be achieved in two ways. Firstly, several flexible joints can be used, so that the outer tube has several straight sections and roughly adapts to the curvature of the inner tubes. This is described in Canadian patent application 421,909. Another alternative is to use a single flexible joint at the base of the riser and to allow the inner tubes to be bent inside a large diameter riser over the joint (Fig. 2). Assuming that the joint is in the lowest position, there is no mutual distance and thus no bending moment. However, a problem arises due to the change in length between the inner tubes and the outer tube. This is illustrated in fig. 3. When the riser is in a vertical position, the length of all the pipes is the same. When the riser is bent, it is essential that the inner pipes are stressed within acceptable limits. There is thus a minimum radius of curvature to which the pipes can be bent. A geometry is shown in Fig. 3 where the tubes are bent away from the vertical direction and towards the centerline of the inclined outer tube and then transition into an opposite curvature, with the same minimum radius, to then be concentric and parallel to the centerline of the outer tube. Due to the fact that the center line of the inner tubes describes a longer path than the center line of the outer tube, the top of the inner tube bundle will be in a lower position than the outer tube. The only way to solve this problem is to fit a flexible joint in the pipes or to use an arrangement for displacing the pipes, but these solutions are usually a problem.

Alternativt kan den innbyrdes lengdeforandring kompenseres for ved forkortning det ytre rør. Dette må skje på en slik måte at de mekaniske belastninger på stigerøret kan overføres. Alternatively, the mutual length change can be compensated for by shortening the outer tube. This must be done in such a way that the mechanical loads on the riser can be transferred.

Fig. 4. illustrerer hvordan dette kan oppnås. I stedet for et midtre ledd, er en sirkelformet skive festet til bunnen av det ytre rør. Når stigerøret beveger seg en vinkel blir en ytre kant av skiven svingepunktet. Når stigerøret bøyes vil punktet E på det ytre rør bevege seg under punktet A på det indre rør, slik at lengden av røret forkortes i forhold til de indre rør. Radien til skiven bestemmer graden av innbyrdes lengdeforandring. Det er derfor mulig å kompensere nøyaktig for forskjellen i lengde til de bøyde rør og det rette rør. Dette gjelder for utformningen vist i fig. 4 bare for en vinkelstilling. Fig. 4 illustrates how this can be achieved. Instead of a central link, a circular disc is attached to the bottom of the outer tube. When the riser moves through an angle, an outer edge of the disc becomes the pivot point. When the riser is bent, point E on the outer tube will move below point A on the inner tube, so that the length of the tube is shortened in relation to the inner tubes. The radius of the disc determines the degree of mutual length change. It is therefore possible to compensate exactly for the difference in length of the bent pipes and the straight pipe. This applies to the design shown in fig. 4 only for an angular position.

Når det således er valgt en bestemt radius for svingeskiven ved bunnen av stigerøret for å tilpasses en bestemt vinkel vil enhver annen vinkel ikke nøyaktig kompensere for innbyrdes lengdeforandring. Hovedformålet er imidlertid å hindre bøy-ning av rørene utover en minste krumningsradius. Dette oppnås ved at det velges en geometri som er tilpasset den største forventede skråvinkel. Dette skjer når de indre rør er maksi-malt bøyd og er på den forutbestemte grense-påkjenning . For mindre vinkler inntreffer det motsatte fenomen, og de indre rør har større lengde. Geometrien til de indre rør vil endres ved at de får en motsatt krumning ved hver ende av rørene. Selv om forskjellige kurveformer de indre rør har vært fore-slått, vil disse ikke nødvendigvis inntreffe automatisk. Bøy-begrensere og avstivninger kan monteres for å sikre at den minste krumningsradius ikke overskrides og at det ikke oppstår konsentrert bøyning i enkelte partier. When a certain radius has thus been chosen for the swash plate at the bottom of the riser to adapt to a certain angle, any other angle will not exactly compensate for the mutual change in length. The main purpose, however, is to prevent bending of the pipes beyond a minimum radius of curvature. This is achieved by selecting a geometry that is adapted to the largest expected angle of inclination. This happens when the inner tubes are maximally bent and are at the predetermined limit stress. For smaller angles, the opposite phenomenon occurs, and the inner tubes have a greater length. The geometry of the inner tubes will change in that they get an opposite curvature at each end of the tubes. Although different curve shapes for the inner tubes have been proposed, these will not necessarily occur automatically. Bend limiters and stiffeners can be fitted to ensure that the minimum radius of curvature is not exceeded and that concentrated bending does not occur in certain sections.

Den foretrukne utførelse er vist i fig. 5. Det ytre rør 1 inneholder de indre rør 2. Nederst ender rørene i en kob-1ingsanordning 3 i fundamentet. Arrangementet er vist festet til et stigerørsfundament 4 ved hjelp av koblingen 3. Styreanordningen omfatter en styrekonus og en sperreanordning 5 samt en glidestyring 6. Det ytre rør 1 er festet til koblingen 3 via lagerputer 7 og 8. Puten 7 er festet til det ytre rør 1 og puten 8 er festet til koblingen 3. Lagerputene benyttes for å unngå punktkontakt som kan skape høye lokale spenninger. Putene fordeler belastningen over et stort område og minsker kontaktspenningen. De er laget av et passende lagermaterial. The preferred embodiment is shown in fig. 5. The outer pipe 1 contains the inner pipes 2. At the bottom, the pipes end in a coupling device 3 in the foundation. The arrangement is shown attached to a riser foundation 4 by means of the coupling 3. The control device comprises a control cone and a locking device 5 as well as a slide control 6. The outer tube 1 is attached to the coupling 3 via bearing pads 7 and 8. The pad 7 is attached to the outer tube 1 and the pad 8 are attached to the coupling 3. The bearing pads are used to avoid point contact which can create high local voltages. The pads distribute the load over a large area and reduce the contact voltage. They are made from a suitable stock material.

Når stigerøret er i en vinkel opptas strekkbelast.ningen på stigerøret bare av en lagerpute. Dersom stigerøret bøyes i et plan svinger det om denne ene lagerpute. Dersom bøyeplanet endres flyttes kontakten til den neste lagerputen. For å muliggjøre dette har lagerputene sfæriske anleggsflater. Stigerøret, kan således bøyes i hvilken som helst retning, og belastningen vil automatisk opptas av en av putene i ringen av lagerputer. Lagerputene er forsatt fra senterlinjen til stigerøret, og vil bevirke at det ytre rør forkortes slik som beskrevet ovenfor, for å kompensre for forskjellen i lengde mellom det ytre rør og de indre rør. When the riser is at an angle, the tensile load on the riser is only absorbed by a bearing pad. If the riser is bent in a plane, it swings about this one bearing pad. If the bending plane changes, the contact is moved to the next bearing pad. To make this possible, the bearing pads have spherical contact surfaces. The riser can thus be bent in any direction, and the load will automatically be absorbed by one of the pads in the ring of bearing pads. The bearing pads are offset from the center line of the riser, and will cause the outer tube to be shortened as described above, to compensate for the difference in length between the outer tube and the inner tubes.

For å unngå problemer på grunn av lengdeforskjeller mellom de enkelte indre rør kan disse dreie som en enhet i det minste i 180°. For å unngå problemer på grunn av dreiemoment kan rørene være inndelt i grupper, slik at en gruppe vris i en retning og den annen gruppe vris i den annen retning. Alle rørene kan også være sammenføyd ved hjelp av plater 9, for å sikre at de holdes sammen. En styrekonus 10 er anordnet for å hindre at rørene bøyes mere enn til den minste krumningsradius, slik som nevt ovenfor. To avoid problems due to length differences between the individual inner tubes, these can rotate as a unit at least through 180°. To avoid problems due to torque, the tubes can be divided into groups, so that one group twists in one direction and the other group twists in the other direction. All the pipes can also be joined by means of plates 9, to ensure that they are held together. A guide cone 10 is arranged to prevent the pipes from bending more than to the smallest radius of curvature, as mentioned above.

Styreanordningen 5 og 6 illustrerer hvordan leddanordningen kan benyttes sammen med en styring og en posisjoneringsan-ordning beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Stige-rørsfundamentet 11 er typisk for et flytende produksjonsanlegg der ledninger fra satelittbrønner går sammen fra de enkelte brønner og er koblet til stigerør. The control device 5 and 6 illustrate how the joint device can be used together with a control and a positioning device described in Canadian patent application 421,909. The riser foundation 11 is typical for a floating production facility where lines from satellite wells join from the individual wells and are connected to risers.

Fig. 4 viser anvendelse av leddanordningen for et stigerør i et flytende produksjonsanlegg der det kreves vinkler på mere enn 30°, men leddanordningen kan også benyttes for over-halings-stigerør og forsøks-stigerør. Derved kreves mindre vinkler, slik at leddanordningen kan ha vesentlig mindre diameter, men den muliggjør adkomst til brønnen, hvilket er vesentlig. De bøyde indre rør er velegnet for slik bruk. Fig. 4 shows the use of the joint arrangement for a riser in a floating production facility where angles of more than 30° are required, but the joint arrangement can also be used for overhaul risers and trial risers. Smaller angles are thereby required, so that the joint arrangement can have a significantly smaller diameter, but it enables access to the well, which is essential. The bent inner tubes are suitable for such use.

Claims

1. Joint arrangement for risers containing several production pipes, whereby the inner pipes are bent to a minimum radius of curvature when the outer pipe is bent, the pivot points of the joint arrangement being offset from the center line of the riser to compensate for length differences between the bent, inner pipes and the outer tube when the riser is bent.

2. Device as stated in claim 1, in that the pivot points are formed by a ring which can transfer loads, so that the riser can be bent in any direction.

3. Device as stated in claim 2, in that the loads are transferred by spherical bearing pads which reduce the local contact stresses and keep the components in the correct relative position.