NO874735L - System for offshore-operasjoner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et system for offshore-operasjoner og som særlig kommer til anvendelse ved olje- og gassproduksjon fra undervannsbrønner.

Det er kjent å benytte en flytende stålsøyle som er festet til havbunnen for å understøtte olje- og gassproduksjons-stigerør som strekker seg fra en undervannsbrønn til et over-flatefartøy. Søylen er dreibart forbundet med et fundament som er festet til havbunnen, og forblir i hovedsaken vertikal som følge av sin oppdrift. Dreieforbindelsen tillater søylen å

vugge eller gynge for å ta hensyn til eller oppta sjøbevegelse og bevegelsen av overflatefartøyet. Det er også kjent å forbinde toppen av en sådan søyle med et overflatefartøy ved hjelp av et stivt åk på en slik måte at overflatefartøyet kan bevege seg som reaksjon på bølgene og bevege seg med været rundt søylen slik at det tar den minste motstands vei i forhold til de råden-de værforhold. Det er også kjent å fortøye fartøyet ved hjelp av denne anordning.

Det er nylig blitt foreslått å forbinde en sådan søyle ved hjelp av en hengslet A-ramme med en halvt nedsenkbar olje-borings- og produksjonsplattform som er fortøyd ved hjelp av et antall kjedelinjedannende kjettinger eller vaiere. A-rammen er ved sine føtter montert på den halvt nedsenkbare konstruksjon ved hjelp av to horisontalt adskilte hengsler som tillater bare vertikal vinkelbevegelse av A-rammen i forhold til den halvt nedsenkbare konstruksjon. A-rammen er forbundet med søylen ved hjelp av et eneste ledd som er beliggende ved A-rammens topp-punkt, idet leddet tillater relativ rotasjon av søylen og A-rammen om alle tre ortogonale akser. Et problem med dette arrangement er at de tverrkrefter som utøves av søylen på A-rammen, forårsaker store tverrgående skjærkrefter i A-rammen og store hengselkrefter ved hengselforbindelsen med den halvt nedsenkbare konstruksjon. Disse krefter krever en tung A-ramme som er vanskelig å frakople på sikker måte under barske værforhold.

Med henblikk på å overvinne dette problem tilveiebringer oppfinnelsen sett fra en første side et offshore-system som omfatter en kontrollsøyle som er innrettet til å rage oppover fra havbunnen, en halvt nedsenkbar konstruksjon og en bro mellom søylen og konstruksjonen, idet broen er forbundet med den halvt nedsenkbare konstruksjon ved hjelp av et leddarrangement som tillater dreining av broen i forhold til konstruksjonen om både en i hovedsaken vertikal akse og en i hovedsaken horisontal akse. Leddarrangementet tillater fortrinnsvis også relativ dreining av broen og den halvt nedsenkbare konstruksjon om broens lengdeakse. De belastninger som utøves via broen, kan således være rent aksiale.

Broen kan følgelig være mye lettere enn det tidligere

foreslåtte A-rammearrangement,. og fører til en kraftig forenklet forbindelse med den halvt nedsenkbare konstruksjon.- Kravet om å være i stand til å tilkople broen til den halvt nedsenkbare konstruksjon til sjøs og å frakople broen fra den halvt nedsenkbare konstruksjon i en nødssituasjon, kan oppnås mer lettvint enn ved de tidligere foreslåtte broarrangementer.

Broen er fortrinnsvis forbundet med den halvt nedsenkbare konstruksjon ved hjelp av et løsbart krokarrangement. Broen er hensiktsmessig forsynt med en i hovedsaken horisontal tapp, og den halvt nedsenkbare konstruksjon er forsynt med et krokarrangement med holdere (receptacles) i hvilke tappen er løsbart opptatt for dreiebevegelse. Tappen frigjøres fortrinnsvis fra krokarrangementet ved hjelp av nedadrettet bevegelse etter frigjøring av en hydraulisk hake, slik at broen kan manøv-reres ved hjelp av en kabel fra en vinsj på den halvt nedsenkbare konstruksjon.

For å frembringe et bekvemt arrangement for det utstyr som er beliggende på toppen av søylen, og for å være i stand til å stue bort broen på søylen, er broen fortrinnsvis forbundet med søylen ved hjelp av et ledd som er beliggende ved kanten av søylen og ikke på dens vertikale akse. Problemet med dette arrangement er at aksialkrefter som frembringes i broen på. grunn av forskjeller i omgivelsesbelastninger som utøves på den halvt nedsenkbare konstruksjon og søylen, resulterer i at momenter frembringes på søylen når broens kompassretning er slik at broens akse ikke passerer gjennom søylens akse. Sådanne momenter ville frembringe uakseptabelt høye spenninger og påkjennin-ger på tidligere kjente dreieforbindelser mellom søylen og dennes fundament, hvilket kunne føre til svikt av leddet. Dersom leddet skulle gå i stykker, ville søylen bevege seg bort fra fundamentet og knekke stigerørene, med fare for at vesent-lige mengder av olje og gass ville bli sluppet ut i sjøen.

I overensstemmelse med en andre side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en forbedret forbindelse mellom søylen og fundamentet.

I overensstemmelse med en andre side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en kontrollsøyle for offshore-operasjoner, omfattende et fundament for fastgjøring til havbunnen, og en søyle for leddforbindelse med fundamentet for å rage oppover fra dette, idet leddforbindelsen omfatter et universalledd med et antall rotasjonsleddflater som er anbrakt radialt utenfor søylens lengdeakse.

Ved å plassere leddflatene radialt utenfor søylens akse, er universalleddet i stand til å motstå de spenninger som frembringes av de forannevnte, anvendte vridningsmomenter. Plasseringen av leddflatene tillater også at det ved bunnen av søylen kan anordnes en sentral åpning gjennom hvilken stigerør kan strekke seg.

I en foretrukket form omfatter universalleddet en søylefotbjelke på søylen, og en kardangring som er roterbart montert på søylefotbjelken om en første akse, idet ringen også er montert på fundamentet for dreining om en andre akse på tvers av den første akse. Kardangringen er hensiktsmessig montert for dreining om den andre akse på en fundamentforbindelsesbjelke som selv er montert på fundamentet.

Ifølge den andre side ved oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en kontrollsøyle for offshore-operasjoner omfattende et fundament for fastgjøring til en havbunn, en flytende søyle for leddforbindelse med fundamentet og for å rage oppover fra denne, idet leddforbindelsen omfatter et første universalledd for normalt å belastes av søylen, og et andre universalledd som fortrinnsvis normalt er i hovedsaken ubelastet av søylen, men innrettet til å overta søylebelastningen ved svikt av det første ledd.

Dette arrangement ifølge oppfinnelsen hindrer stigerørskade i tilfelle av svikt av det første universalledd. Det første universalledd omfatter hensiktsmessig det foran beskrevne kardangringarrangement, og det andre universalledd omfatter et kuleledd som er anbrakt aksialt i forhold til søylen. Kuleleddet kan omfatte en kuledel som er opptatt i en sokkeldel,

idet de nevnte deler er montert på fundamentforbindelsesbjeiken

> og søylefotbjelken. Kuledelen kan hensiktsmessig omfatte en rørformet forlengelse som er montert for begrenset, glidende bevegelse i forhold til søylefotbjelken. Arrangementet er slik at belastningen av søylen ved normal drift bæres av det første

universalledd, men i tilfelle av svikt av dette beveger søylen

) seg oppover for å frembringe en glidende bevegelse mellom søyle-fotbjelken og det rørforemde parti av kuledelen, inntil det andre universalledd blir belastet av søylen. Det første universalledd omfatter fortrinnsvis trekk som tillater dette, selv når det er i stykker, å motstå side-omgivelsesbelastninger som utøves på søylen, slik at det andre ledd bare påkalles for å stå imot belastningskomponenter som er parallelle med søylens akse.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre en kontrollsøyle for offshore-operasjoner, omfattende et fundament for fastgjø-ring til havbunnen, og en søyle for leddforbindelse med fundamentet for å rage oppover fra dette, idet leddforbindelsen omfatter et universalledd som er slik anordnet at det alltid er belastet i kompresjon, og er slik anordnet at enhver enkelt-stående sprekk gjennom hele tverrsnittet av hvilken som helst individuell del av leddet ikke vil føre til svikt av leddet i hvilken som helst værtilstand opp til den verste storm som med sannsynlighet ville opptre med en frekvens på én gang hvert tredje år.

I overensstemmelse med en tredje side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et forbedret stigerørarrangement som nå skal beskrives.

For å forbinde olje- og gassrørledningene på en flytende, leddforbundet søyle med olje- og gassrørledningene på havbunnen, har det hittil vært nødvendig med fleksible slanger eller fluidumsvivler som er montert koaksialt med universalledd-spindlene.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en kontroll-søyle for offshore-operasjoner, omfattende en hul søyle som er forbundet med et fundament ved hjelp av et hult universalledd, idet rørledninger strekker seg over fundamentet og er forbundet med rørledningene i søylen, idet arrangementet tillater søyle-rørledningene å være beliggende nær søyleaksen slik at de vertikale, relative bevegelser av søylerørledningene og fundament-rørledningene for en gitt søylehelling reduseres. Dette tillater anvendelse av alternative metoder for tilveiebringelse av de fleksible elementer i rørledningene eller rørnettet.

Mer spesielt er det i overensstemmelse med oppfinnelsen tilveiebrakt et grenrør og en kontrollsøyle for offshore-operasjoner, omfattende et fundament for fastgjøring til havbunnen, en flytende søyle som er leddforbundet med fundamentet ved hjelp av et universalledd for å strekke seg fra fundamentet i retning mot havoverflaten, idet universalleddet er forsynt med en åpning langs søylens akse, minst ett stigerør innbefattet et søyleparti som strekker seg langs søylen, et fundamentparti som strekker seg tvers over fundamentet, og et parti som forener fundamentpartiet og søylepartiet, idet de nevnte partier alle er dannet av metallrør. Det stigerørunderstøttende arrangement er slik anordnet at det, på tross av det faktum at det er dannet av metallrør, kan oppta vuggende bevegelse av søylen uten brudd, og slik at ingen kuleledd eller fleksible slanger er nødvendige.

Stigerørets basis- eller bunnparti er hensiktsmessig opptatt på en vugge som er svingbart montert på fundamentet for å tillate bevegelse av stigerøret som følqe av vuggende bevegelse av søylen om universalleddet. Stigerørets bunnparti kan omfatte et sløyfeparti nær vuggens dreieakse for å øke stigerørets elastisitet overfor vuggende bevegelse av søylen.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en kon-trollsøyle for offshore-operasjoner, omfattende en hul søyle som er forbundet med et fundament ved hjelp av et hult universalledd, idet rørledninger strekker seg over fundamentet og er forbundet med rørledninger inne i søylen ved hjelp av minst én dreibar rørskjøt inne i universalleddet. Den dreibare skjøt omfatter fortrinnsvis et kuleledd.

Kuleleddene er fortrinnsvis anordnet på fjærende fes-ter eller holdere for å oppsamle eller oppta vertikal bevegelse av rørledningene ved rotasjonsbevegelse av søylen.

For at oppfinnelsen skal kunne forstås mer fullsten-dig og skal kunne virkeliggjøres, skal en utførelse av denne nå beskrives som eksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et generelt, skjematisk perspektivriss av et oljeproduksjonsanlegg til havs, fig. 2 viser et forstørret sideriss av broen 2 som er vist på fig. 1, fig. 3 viser et forstørret sideriss av koplingen mellom broen og plattformen 3, fig. 4 viser et universalledd i koplingen på fig. 3, fig. 5 viser et grunnriss av arrangementet på fig. 4, fig. 6 viser et skjematisk sideriss av universalleddarrangementet på fig. 1, fig. 7 viser et skjematisk sideriss av leddarrangementet, vist i rett vinkel på risset på fig. 6, fig. 8 viser et mer detaljert riss av fundamentbjeiken som er vist på fig. 6 og 7, og fig. 9 viser et grunnriss av kardangringen som er vist på fig. 1 og 6; fig. 10 viser et mer detaljert riss av søylefotbjelken som er vist på fig. 1 og 6, fig. 11 viser et mer detaljert snittriss av uni-versalkuleleddet 69 som er vist på fig. 1 og 6, fig. 12 viser et snittriss av søylefotbjelken etter linjen A-A' på fig. 10, fig. 13 viser et skjematisk snittriss av søylen og viser stigerørarrangementet, fig. 14 viser et skjematisk vertikalsnitt av søylen 1 og viser hvordan stigerørene 12 kan bøye seg ved vipping av søylen, fig. 15 viser et skjematisk horisontalsnitt gjennom søylen 1, fig. 16 er et skjematisk, forstørret snitt som viser monteringen av kuleleddene 74, fig. 17 viser et skjematisk vertikalsnitt gjennom søylen, tatt i rett vinkel på det snitt som er vist på fig. 14, fig. 18 viser et skjematisk grunnriss av et alternativt stigerørarrangement, og fig. 19 viser et skjematisk sideriss av stigerørarrangementet på fig. 18, ved bunnen av søylen.

Fig. 1 viser det generelle arrangement av søylekon-struksjonen i et oljeproduksjonsanlegg til havs. Søylen 1 er ved hjelp av en bro 2 forbundet med en halvt nedsenkbar offshore-oljeproduksjonsplattform 3. Søylen 1 er ved hjelp av et universalleddarrangement 4 forbundet med et fundament 5 på havbunnen. 01jeproduksjonsplattformen 3 har en borerigg 6 som har vært benyttet til å bore produksjonsbrønner gjennom en boremal 7 som er plassert på havbunnen. Produksjonsplattformen holdes i stilling over boremalen ved hjelp av et fjærende for-tøyningssystem som hensiktsmessig omfatter et antall vaiere og/eller kjettinger 8 som er forbundet med ankerpunkter på havbunnen. Lengden av disse vaiere eller kjettinger kan justeres ved å hale inn eller fire ut vaierne eller kjettingene 8 fra riggen, slik at man er i stand til å plassere boreriggen på produksjonsfartøyet over hvilken som helst ønsket brønnåpning i boremalen.

Olje fra brønnene kan mates gjennom fleksible slanger

9 til en rekke produksjonsforbindelsesledninger i form av rør som er inneholdt i foringsrør 10, 11 som strekker seg fra fundamentet 5 til i nærheten av brønnen. Disse rør og forings-rør kan være fremstilt av metall eller fleksible materialer.

De fleksible slanger 9 kan også transportere vann- eller gass-innsprøyting til brønnene, og også andre styreanordninger. Alternative forbindelseskonfigurasjoner er mulige og vil være åpenbare for fagfolk på området. Slik det fremgår av fig. 1, strekker forbindelsesledningene fra foringsrøret 10 seg tvers over fundamentet 5 som en rekke stålrør 12 som inneholder sløy-fer 13 som tilveiebringer fjæring, slik det skal beskrives senere. På liknende måte strekker forbindelsesledningene fra foringsrøret 11 seg tvers over fundamentet fra den motsatte side. Forbindelsesledningene strekker seg som stigerør 12 oppover inne i søylen 1. Olje fra andre produksjonssteder mates også til søylen 1. Foringsrør 14a, 14b og et foringsrør 15 strekker seg fra fjernt beliggende oljebrønner langs havbunnen, idet forings-rørene 14a, 14b og 15 inneholder ytterligere forbindelsesledninger som strekker seg tvers over fundamentet 5 og oppover som stigerør gjennom søylen 1.

Et ventilarrangement er anordnet ved toppen av søylen

1 for å kombinere produksjonsstrømmen fra de forskjellige stigerør. Oljen og gassen mates gjennom rør 16 som strekker seg over broen 2 til produksjonsplattformen 3. Rørene 16 inneholder forbindelsesslanger (jumper hoses) 16a, 16b for å oppta relativ bevegelse mellom broen 2, søylen 1 og plattformen 3. Oljen behandles på plattformen 3 og føres deretter tilbake til toppen av søylen 1. Oljen og gassen mates deretter gjennom eksport-forbindelsesledninger ned gjennom søylen 1 og langs sjøbunnen gjennom forbindelsesledninger 17 til et fjerntliggende sted, f.eks. på land.

Også et antall hydrauliske styreledninger 18 strekker seg ned langs søylen til brønnhodene f.eks. ved boremalen 7,

j idet ledningene 18 er forbundet med forskjellige brønner for å

tilføre styretrykk for styring av oljeproduksjonshastigheter, slik det er velkjent i teknikken.

Idet nå konstruksjonen av søylen 1 betraktes, består denne fortrinnsvis av seks hule stålben 19 som er sammenkoplet

i ved hjelp av stålfagverk 20 og anordnet som en regulær sekskant,

idet hvert av benene 19 omfatter en mellomliggende oppdrifts-seksjon 21. Seksjonen 21 er anbrakt under det parti av søylen som utsettes for bølgevirkning, for å minimere endringer i oppdrift og bøyemomenter i søylen på grunn av bølgevirkning.

Virkningen av oppdriftsseksjonen 21 er å bringe søylen 1 til å dreie om leddet 4 til en opprettstående stilling. Høy-den av søylen 1 vil være valgt avhengig av vanndybden på stedet. Søylens høyde vil typisk ligge i området fra 150 til 450 meter.

Idet det nå henvises til fig. 2, er forbindelsen av broen 2 med søylen 1 og plattformen 3 vist mer detaljert. Et universalledd 22 forbinder broen 2 med søylen 1. Leddet 22 består av en horisontalt anbrakt tapp 23 som er festet til søylen og som tilveiebringer en dreieakse for et åk 24 i hvilket det er montert en ortogonal tapp 25 som tilveiebringer en rota-sjonslagring for et åk 26 som er festet til broens hovedkon-struksjon.

Den motsatte ende av broen 2 er forbundet med offshore-plattformen 3 ved hjelp av et løsbart universalleddarrangement 27. Leddarrangementet 27 er nærmere vist på fig. 3 og 4.

Idet det henvises til fig. 4, viser denne figur led-dets 27 dreieforbindelser. Et åk 28 opptar en i hovedsaken horisontalt anbrakt dreietapp 29 og er selv montert for rotasjon om en ortogonalt i hovedsaken opprettstående akse som er dannet av en dreietapp 30. Dreietappen 30 er dreibart opptatt i en foring 31 som er montert på åket 28. En rørformet forlengelse 32 er dreibart opptatt i foringer 33a, 33b for rotasjon om en akse som strekker seg i broens lengderetning.

Slik det fremgår av fig. 3, er tappen 29 løsbart opptatt i et elefantkrokarrangement av støpt stål som omfatter to horisontalt adskilte elefantkroker 34 som er montert på produksjonsplattformen 3. Åket 28 passer inn mellom krokene 34,

i slik at tappens 29 ender er opptatt i stort sett U-formede krok-deler 34a av krokene 34. Tappen 29 er opptatt i og dreibar i forhold til et hus 29a som passer inn i elefantkrokens 34 kjeve. Tappen 29 holdes på plass ved hjelp av låseplater 35 som er svingbart montert ved 36 på elefantkroken 34. Låseplatene 35 kan svinges klar av åpningen til krokdelens 34a utsparing ved hjelp av hydrauliske aktuatorer 37, etter fjerning av en sik-ringstapp 38.

Broen kan således svinge fritt ved begge ender ved hjelp av universalleddene 22, 27. Da leddet 27 tillater broen å svinge om en i hovedsaken vertikal akse, reduseres dessuten spenninger på plattformen 3 sammenliknet med den foran omtalte A-ramme ifølge den kjente teknikk.

Broen 2 kan frigjøres fra plattformen 3 ved uttrekking av tappene 38 og påvirkning av aktuatorene 37. En kabel (ikke vist) som strekker seg fra en vinsj på plattformen 3, er festet til broen 2 ved 28A for å sette denne i stand til å nedsenkes på styrt måte ved påvirkning av aktuatorene 37. Broen kan også være forsynt med et løfteåk 39 som tillater vinsjen på plattformen 3 å trekke opp broen med festet universalledd og tappen 29 i elefantkroken.

Idet det på nytt henvises til fig. 1, består fundamentet 5 fortrinnsvis av en stålgitterverkskonstruksjon som er festet til havbunnen ved hjelp av stålrør 40 som er innstøpt i havbunnen .

Slik som foran nevnt, er søylen 1 forbundet med fundamentet 5 ved hjelp av leddet 4 som nå skal beskrives nærmere.

Idet det henvises til fig. 6, består leddet 4 av første og andre universalledd 41, 42. Leddet 41 er basert på kardangringprinsippet mens leddet 42 er et kuleledd som er opptatt i kardangringleddet 41.

Slik det fremgår av fig. 6 og 7, består kardangringleddet 41 av en i hovedsaken H-formet fundamentforbindelsesbjelke 43, en kardangring 44 og en mangekantet søylefotbjelke 45 som er festet til bunnen av søylebenene 19.

Fundamentforbindelsesbjelken 43 er nærmere vist på fig. 8 og omfatter en kassebjelke som er understøttet på fundamentet 5 ved hjelp av fire oppadragende, rørformede fundament-forbindelsesstolper 46 som er opptatt i rørformede holdere (receptacles) 47. Stolpene 46 har typisk en diameter på 2 meter. Tapper (ikke vist) strekker seg gjennom holderne 47 og stolpene 46 for å holde bjelken på plass i tilfelle av belastninger som bringer bjelken til å løftes opp fra fundamentet eller velte fundamentforbindelsesbjeiken.

Idet det henvises til fig. 6 og 7, er kardangringen

44 dreibart montert på fundamentbjeiken 43 for å tillate relativ dreining av ringen 44 og bjelken 43 om en akse 48. For dette formål er to stålspindler 49, 50 opptatt i to par åk 51 som er opptatt på fundamentbjelken 43. Kardangringen 44 er likeledes dreibart montert på søylefotbjelken 45 for å tillate relativ dreining av ringen 44 og bjelken 45 om en akse 52 som strekker seg vinkelrett på aksen 48. Smidde stålspindler 53, 54 er opptatt i to gaffelformede flenser eller klakker 55 som er montert på søylefotbjelken 45. Spindlene 49, 50, 53, 54 kan hensiktsmessig være opptatt i selvsmørende bronseforinger (ikke vist) som er innpasset i de gaffelformede klakker.

Utformingen av spindelarrangementet er nærmere vist på fig. 9. Det vil således innses at spindlene 49, 50, 53, 54 utgjør leddflater som er anbrakt radialt utenfor søyleaksen 56. Dette har to viktige fordeler. For det første tilveiebringer det en åpning sentralt i søylen gjennom hvilken stigerørene 12 og 17 kan strekke seg. Det tilveiebringer også et ledd som er motstandsdyktig mot vridningsmomenter som utøves om søyleaksen 56. En redegjørelse for hvordan vridningsmomenter ved drift utøves på søylen, skal gis i det følgende.

Idet det på nytt henvises til fig. 1, vil omgivelses-krefter virke på både søylen 1 og produksjonsplattformen 3. Disse krefter vil forårsake bevegelser av produksjonsplattformen 3 i forhold til søylen 1. Disse bevegelser vil iblant resultere i en endret, relativ stilling av produksjonsplattformen og søylen og en endret kompassretning av broens 2 lengdeakse. Dessuten kan veloverveide justeringer av produksjonsplattformens

3 fortøyningsliner 8 utføres på hvilket som helst tidspunkt,

og disse justeringer ville bringe produksjonsplattformen 3 til å innta en forskjellig posisjon i forhold til søylen 1, hvilket også vil endre broens 2 kompassretning.

Universalleddet 22 (fig. 2) som forbinder broen 2 med søylen 1, er (som vist) på konvensjonell måte anbrakt i en stilling som er forskjøvet fra søylens 1 akse 56. Aksialkref-tene i broen vil forårsake at vridningsmomenter utøves på søylen når broens akse ikke skjærer søylens akse 56, eller der hvor tverrkrefter utøves på søylen via broen, slik det ville være tilfelle dersom den konvensjonelle bro av A-rammetypen benyttes. Også friksjonskrefter i leddene i universalleddet 22 som forbinder broen med søylen, kan forårsake vridningsmomentkrefter i søylen. Der hvor søylens form eller vekt ikke er anbrakt symmetrisk om søylens akse 56, frembringer videre omgivelses-belastning på søylen og akselerasjoner av søylen som skriver seg fra dens svaiende bevegelse, ytterligere momenter om søyleaksen 56 som må motvirkes av universalleddet. Idet det på nytt henvises til fig. 9, vil det innses at spindlene 49, 50, 53, 54 vil motsette seg et sådant vridningsmoment og hindre dreining av søylen. Dersom et konvensjonelt universalledd ble benyttet, hvor et eneste gaffelformet par av klakker er tilveiebrakt for hver rotasjonsakse 48, 52 og sådanne gaffelformede klakker er anbrakt symmetrisk om søyleaksen 56, kunne de krefter som utøves på de. lagre som rommes i disse gaf f elformede klakker, bli så store at de gjør en sådan løsning upraktisk.

Alternativt ville det koplerstykke som rommer spindlene, måtte ha så store dimensjoner at det gjør konstruksjonen uøkonomisk.

Kardangleddet 41 er utformet for å motstå den verste storm som med sannsynlighet vil inntreffe innenfor en periode på 100 år, og forventes således å vare hele søylens levetid.

I tilfelle av brekkasje av en komponent i leddet, kunne det inntreffe en eventuelt miljømessig katastrofal situasjon i hvilken universalleddmontasjen brytes opp og stigerørene knekkes som et resultat av at søylen 1 beveger seg bort fra fundamentet 5. For å hindre at dette inntreffer, er kuleleddet 42 tilveiebrakt .

Kuleleddet er fortrinnsvis konstruert for å motstå primært bare krefter på linje med søylens akse 56, da sidekrefter som utøves på leddforbindelsen, kan overføres til fundamentet ved hjelp av de gjenværende, intakte komponenter av ledd-montasjen.

Idet det henvises til fig. 11, omfatter leddet 41 fortrinnsvis en stålkuledel 57 med en oppadragende, rørformet forlengelse 58. Kuledelen 57 er beliggende på samme rotasjonsakse som kardangleddet 41 og er opptatt i en sokkel 59 som er dannet av to bronseforinger 60, 61 som er opptatt i enden av en rørformet understøttelse 62 som er festet til den sentrale del av H-bjelken 43 (fig. 8). Kuledelen er belagt med et passende, slitasjebestandig og ikke-korroderende materiale der hvor den danner kontakt med bronseforingene 60, 61.

Idet det nå henvises til fig. 10, 11 og 12, viser disse figurer søylefotbjelken 45 mer detaljert. Denne består av en kasseinndelt, i hovedsaken sekskantet bjelke som er festet til bunnen av benene 19 og har en i hovedsaken sekskantet, sentral åpning 63. Denne åpning 63 overspennes av en stålgitter-verkkonstruksjon 64 som understøtter et lagerrør 65 som er koaksialt med søylens 1 akse 56. Kuleleddets rørformede forlengelse 58 er glidbart opptatt i lagerrøret 65. Den øvre ende av den rørformede forlengelse 58 er forsynt med et deksel 66a for å hindre at den trekkes helt gjennom den rørformede understøttelse 65 i tilfelle universalleddet 41 går i stykker og søylen stiger i forhold til fundamentet. Ved normal bruk er kuleleddet 42 således ikke belastet av søylens oppdrift eller vekt. I tilfelle av brekkasje av kardangleddet 41 vil imidlertid søylen 1 stige oppover som følge av sin oppdrift inntil dekselet 66a på den rørformede del 58 danner kontakt med den rørformede under-støttelse 65, slik at kuleleddet 42 belastes. Dekselet 66a og en krage 66b er anbrakt slik at den grad av aksial bevegelse av søylen som er nødvendig for å bringe dekselet 66a eller kragen 66b i inngrep med understøttelsen 65, ikke er så stor at den overbelaster og dermed skader andre intakte deler av leddforbindelsen 41.

Da kuleleddet 42 normalt er ubelastet, trenger ikke foringene 60, 61 å være konstruert for å arbeide under høye langtids-spenningstilstander, og kan således ha praktiske dimensjoner og tillate benyttelse av forholdsvis billige materialer, såsom bronse eller liknende. I tilfelle en even-tuell, enkeltstrående sprekk skulle utvikle seg og forplante seg over hele tverrsnittet av en spindel eller en klakk eller kardangringen, ville en partiell feil i universalleddet inntreffe. I tilfelle sprekken skulle gå gjennom kardangringen 44, vil kuleleddet 42 motsette seg den oppad- eller nedadrettede bevegelse av søylen til en verdi som ikke bringer resten av kardangringen til å svikte. Kardangringen 44 er fortrinnsvis dimensjonert slik at sidekrefter og momenter som utøves på leddforbindelsen, på sikker måte kan overføres gjennom den skadede ring 44 via åkene 57 til fundamentbjelken 43 uten svikt av ringen eller eventuelle andre komponenter av universalleddet. Husene for spindlene 49, 50, 53, 54 i kardangringen 44, og selve kardangringen er fortrinnsvis dimensjonert slik at uansett posisjonen av sprekken gjennom spindelen eller klakken, må de gjenværende, intakte konstruksjoner ikke svikte som et resultat av de ekstra belastninger som utøves på disse.

Som vist på fig. 12, omfatter gitterverket 64 et i tverretningen forløpende stigerørføringsarrangement 67 som danner et antall slisser eller åpninger 68 gjennom hvilke stigerørene 12 strekker seg.

Idet det nå henvises til fig. 13, 14, 15, 16 og 17, skal den måte på hvilken stigerørene kan bøye seg ved bevegelse av søylen 1 beskrives.

Idet det henvises til fig. 15, er stigerørene inneholdt i stålforingsrør 69 som er effektivt opphengt i søylens øvre ende. Typisk er 24 stigerør-foringsrør 69 tilveiebrakt for stigerørene 12, og et typisk arrangement er vist på fig. 15. Stigerørene er fortrinnsvis anbrakt så nær søylens vertikale akse 56 som mulig for å minimere bøyespenninger, slik det skal forklares senere. Stigerørene er typisk stålrør med en innven-dig diameter på 12,7 cm, og foringsrørene 69 har en ytterdia-meter på 34 cm. Hvert foringsrør kan inneholde et antall stigerør og hydraulikkrør. I eksemplet inneholder hvert foringsrør et produksjonsrør med en innerdiameter på 12,7 cm og et ringrom-adkomstrør med en innerdiameter på 5,1 cm. Hvert par av rør betjener en individuell brønn. Foringsrørene 69 tilveiebringer således en stiv understøttelse for stigerørene 12. Som vist på fig. 14, ender foringsrørene 69 ved søylens nedre ende i en avstand over leddarrangementet 4 for å gi en viss fleksibilitet til stigerørenes nedre ende. De avdekkede partier av stigerørene 12a i søylen 1 strekker seg gjennom slissene 68 i stigerør føringsarrangementet 67 og ender i et løsbart koplingsstykke 70. Hvert av stigerørene inneholder videre et krummet parti 12b som strekker seg fra koplingsstykket 70 til et fundamentparti 12c som strekker seg tvers over fundamentet og som fører inn i det sirkulære eller sløyfeformede parti 13. Stigerørene går deretter inn i foringsrørene 10, 11, 14, 15 som strekker seg frem til brønnene, slik som beskrevet foran under henvisning til fig. 1.

Stigerørenes fundament- eller bunnpartier 12c er hvert opptatt i en individuell vugge 71 som er svingbar i et punkt 72 ved fundamentets 5 ytterkant.

Fig. 14 viser hvordan stigerørarrangementet kan oppta bevegelse av søylen om leddarrangementet 4. Fig. 14 viser søy-len i en vertikalt opprettstående stilling i "sjattert" omriss (shaded outline), og viser videre søylen i strektegnet omriss (hatched outline) avbøyd mot høyre som et resultat av sjøbevegelse. Det fremgår at som følge av det faktum at stigerør-partiene 12a er avdekket fra foringsrøret 69, kan de fritt bøye seg i det område hvor de passerer gjennom den sentrale åpning i leddarrangementet 4. På grunn av at bunnpartiene 12c er montert på svingbart monterte vugger 71, til hvilke de er festet ved hjelp av fleksible holdere i bare to punkter langs vuggens lengde, kan de videre bøye seg i vuggene og bevege seg opp og ned sammen med vuggene for å ta hensyn til søylebevegelsen. De sirkulære rørledningspartier 13 sørger for ytterligere fjæring til arrangementet. Det er således mulig å realisere hele stigerøret i metallrør som overvinner behovet for kostbare og eventuelt upålitelige kuleledd eller fleksible slanger som har en tendens til slitasje og krever periodisk utskiftning. Det vil innses at sådan utskiftning er kostbar og nødvendiggjør at olje-og gassproduksjon innstilles mens utskiftningen utføres.

Stigerørpartiene 12a i søylen 1 kan utskiftes ved å frigjøre koplingsstykkene 70 og heve stigerørene 12a gjennom sine respektive foringsrør ved hjelp av en portalkran 73 (fig.

1) på toppen av søylen 1.

Slik som foran beskrevet, pumpes oljen tilbake ned gjennom søylen 1 gjennom eksportledninger 17 som strekker seg langs havbunnen til et fjerntliggende sted. Eksportledningene har større diameter enn stigerørene, typisk 30,5 cm, og har typisk ikke tilstrekkelig fleksibilitet til å oppta vipping av søylen. Eksportledningene 17 er således forsynt med svivel-kuleledd 74 som er beliggende så nær nivået for rotasjonsaksene for leddforbindelsen 48, 52 som mulig. Som vist på fig. 17, inneholder eksportledningenes 17 partier 17a stengeventiler 75. Slik som også vist på fig. 15, kan en føringsrørføring 76 for kuleleddgjenvinning være anordnet i søylen for å tillate kuleleddene 74 å gjenvinnes eller opptas for ettersyn ved hjelp av portalkranen 73 eller en vinsj.

Eksportstigerørene 17 er festet ved eller nær toppen av søylen og strekker seg gjennom føringsslisser med typiske mellom-rom på 15 meter langs søylen, på liknende måte som den som er anordnet for stigerørene 12 til brønnene. Kuleleddene 74 vil således stige og falle i forhold til fundamentet 5 og fundamentforbindelsesbjelken 42 som.et resultat av termisk utvidelse og sammentrekning, og også som følge av søylens svaiende bevegelser i kraft av deres avstand fra søylens akse 56. Den oppad- og nedadrettede bevegelse av kuleleddene i forhold til fundamentet forårsaker at metallrørlednings-eksportstigerøravsnittet 17a bøyes opp og ned. Dette avsnitt 17a er dimensjonert slik at de bøyespenninger som frembringes i rørledningen på grunn av denne bevegelse, ikke forårsaker svikt.

For å begrense de spenninger som utøves på rørlednin-gene eller rørnettet, er kuleleddets nedre del montert på en fjærende fatning eller holder på fundamentforbindelsesbjeiken 43, hvilken holder vil begrense bevegelsen av den nedre del av kuleleddet til en oppad- og nedadrettet bevegelse. Denne holder kan være som vist på fig. 16 og kan anta formen av en stolpe 77 som løper i et rør 78 som er plassert i fundamentforbindelsesbjelken 43. Et alternativt, fjærende støttearrangement er det leddede vuggearrangement 71 som er vist på fig. 14 for produk-sjonsstigerørene. Det skal bemerkes at hovedelementene i det arrangement som er vist for eksportstigerørene 17, er anvendelig som et alternativ også for produksjonsstigerørene 12 og omvendt.

Fig. 18 og 19 viser et alternativt arrangement for stigerørene 12. Stigerørene 12 og styreledningene 18 kan være gruppert sammen i stigerørforingsrørene 69. Foringsrøret 69 kan ende ca. 12 meter fra havbunnen i et innstikks-koplingsstykke 79 som er beliggende inne i og er låst til det 34 cm foringsrør. Foringsrøret er understøttet av en glidende understøttelse som tillater glidende bevegelse langs en akse som er parallell med foringsrøret som er montert på utsiden av søylefotbjelken. En bunt av forbindelsesledninger, typisk to rørledninger (tubing lines) og en tilhørende styreledning 18, kan tilkoples til rør-ledningene i foringsrøret 69 ved hjelp av innstikksanordningen 79. Den fleksible forbindelsesledningsbunt 80 inngår i eller er forbundet med passende forbindelsesledninger 81 som også er fleksible og som strekker seg over en støttedel 82 som er anordnet på siden av fundamentet 5. Den fleksible ledning 81 holdes ved hjelp av en holdekrage 83 på støttedelen 82.

Eksportledningene 17 kan være forsynt med liknende, fleksible forbindelser. Det vil innses at den fleksible ledning 81 vil oppta vippende bevegelse av søylen 1.

Det vil være klart at de forskjellige stigerørarrange-menter som er vist på fig. 13 - 19, kan blandes på hvilken som helst installasjon. Det vil også være klart at de stigerør- og universalleddarrangementer som er beskrevet i det foregående,

kan benyttes i forbindelse med søyler av forskjellige konstruk-sjonsformer, såsom sylindriske betong- eller stålsøyler med kon-stant eller varierende diameter, og at de søyler som er knyttet til stigerør- og universalleddarrangementer som er beskrevet her, kan benyttes til å understøtte andre funksjoner, såsom brønner og boreutstyr, og/eller virke som en enkeltpunktfortøyning for produksjonsfartøyet. Likeledes kan produksjonsfartøyer av skip-formet type også benyttes, og forskjellige former for brofor-bindelser, såsom tidligere kjente A-ramme-broer, kan benyttes.

Claims (21)

1. System for offshore-operasjoner, omfattende et fundament for fastgjøring til havbunnen, og en søyle for leddforbindelse med fundamentet for å rage oppover fra dette, karakterisert ved at leddforbindelsen omfatter et universalledd med et antall rotasjonsleddflater som er anbrakt radialt utenfor søylens lengdeakse.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at universalleddet omfatter en søylefotbjelke på søylen, og en kardangring som er dreibart lagret på søylefotbjelken om en første akse, idet ringen også er lagret på fundamentet for rotasjon om en andre akse på tvers av den første akse.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at kardangringen er lagret for rotasjon om den andre akse på en fundamentforbindelsesbjelke som selv er lagret på fundamentet.

4. System for offshore-operasjoner, omfattende et fundament for fastgjøring til havbunnen, og en flytende søyle for leddforbindelse med fundamentet og for å rage oppover fra dette, karakterisert ved at leddforbindelsen omfatter et første universalledd for normalt å være belastet av søylen, og et andre universalledd som er innrettet til å overta søylebe-lastningen ved svikt av det første ledd.

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at det andre universalledd normalt er i hovedsaken ubelastet av søylen.

6. System ifølge krav 4, karakterisert ved at det første universalledd omfatter en søylefotbjelke på søylen, og en kardangring som er lagret på søylefotbjelken om en første akse, idet ringen også er lagret på fundamentet for rotasjon om en andre akse på tvers av den første akse på en fundamentforbindelsesbjelke som er lagret på fundamentet.

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at det andre universalledd omfatter et kuleledd som er anbrakt aksialt i forhold til søylen.

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at kuleleddet omfatter en kuledel som er opptatt i en sokkeldel, idet delene er lagret på fundamentforbindelsesbjeiken og søylefotbjelken.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at kuledelen omfatter en rørfor-met forlengelse som er montert for begrenset, glidende bevegelse i forhold til søylefotbjelken, slik at søylens belastning ved normal drift bæres av det første universalledd, men søylen, i tilfelle av svikt av det første universalledd, beveger seg oppover slik at det frembringes en glidende bevegelse mellom søyle-fotbjelken og kuledelens rørformede parti, inntil det andre universalledd blir belastet av søylen.

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved at det første universalledd omfatter en anordning som tillater dette, selv om det er gått i stykker, å motstå side-omgivelsesbelastninger som utøves på søylen, slik at det andre ledd bare påkalles for å motstå belastningskomponenter som er parallelle med søylens akse.

11. System for of f shore-operas-joner, omfattende et fundament for fastgjøring til havbunnen, og en flytende søyle som er leddforbundet med fundamentet ved hjelp av et universalledd for å strekke seg fra fundamentet i retning mot havoverflaten, karakterisert ved at universalleddet er forsynt med en åpning langs søylens akse, og at det videre er anordnet minst ett stigerør som omfatter et søyleparti som strekker seg langs søylen, et bunnparti som strekker seg over fundamentet, og et parti som forener bunnpartiet og søylepartiet, idet de nevnte partier alle er dannet av metallrør og er slik anordnet at de kan oppta vuggende bevegelse av søylen uten brudd og uten kuleledd eller fleksible slanger.

12. System ifølge krav 11, karakterisert ved at stigerørets bunnparti er opptatt på en vugge som er dreibart lagret på fundamentet for å tillate bevegelse av stigerøret som følge av vuggende bevegelse av søylen om universalleddet.

13. System ifølge krav 12, karakterisert ved at stigerørets bunnparti omfatter et sløyfeparti nær vuggens rotasjonsakse.

14. System for offshore-operasjoner, karakterisert ved at det omfatter en hul søyle som er forbundet med et fundament ved hjelp av et hult universalledd, og rørledninger som strekker seg over fundamentet og er forbundet med rørledninger inne i søylen ved hjelp av minst én dreierørskjøt inne i universalleddet.

15. System ifølge krav 14, karakterisert ved at dreieskjøten omfatter et kuleledd.

16. System ifølge krav 15, karakterisert ved at kuleleddene er anordnet på fjærende holdere for å oppta vertikal bevegelse av rørledningene ved dreiebevegelse av søylen.

17. System for offshore-operasjoner, karakterisert ved at det omfatter en kontrollsøyle for å rage oppover fra havbunnen, en halvt nedsenkbar konstruksjon og en bro mellom søylen og konstruksjonen, idet broen er forbundet med den halvt nedsenkebare konstruksjon ved hjelp av et leddarrangement som tillater dreining av broen i forhold til konstruksjonen om både en i hovedsaken vertikal akse og en i hovedsaken horisontal akse.

18. System ifølge krav 17, karakterisert ved at leddarrangementet også tillater relativ dreining av broen og den halvt nedsenkbare konstruksjon om broens lengdeakse.

19. System ifølge krav 18, karakterisert ved at broen er forbundet med den halvt nedsenkbare konstruksjon ved hjelp av en løsbar krok.

20. System ifølge krav 19, karakterisert ved at den løsbare krok omfatter en i hovedsaken horisontal tapp på broen, og et krokarrangement på den halvt nedsenkbare konstruksjon, idet krokarrangementet omfatter holdere i hvilke tappen er løsbart opptatt for dreiebevegelse .

21. System ifølge krav 19, karakterisert ved at det omfatter en hydraulisk hake som er slik anordnet at tappen frigjøres fra krokarrange mentet ved nedadgående bevegelse ved frigjøring av haken, en vinsjanordning på den halvt nedsenkbare konstruksjon, og en kabel som strekker seg fra vinsjanordningen til broen for manøv-rering av denne.