NO160736B - Undervanns-operasjonssystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et undervanns-operasjonssystem innbefattende en undervanns-plattform, operasjonsutstyr på plattformen, montert som utbyttbare enheter, betjeningsorganer på hver utstyrsenhet, en skinnegang på plattformen og en betjeningsenhet som kan forflytte seg langs skinnegangen og innta egnede stillinger for å påvirke betjeningsorganene og skifte ut utstyrsenhetene, hvilken betjeningsenhet har en manipulator hvormed en utstyrsenhet kan isoleres, gripes og fråsettes på betjeningsenheten, og hvormed en ny utstyrsenhet kan hentes fra et lager i betjeningsenheten og settes på plass på plattformen.

Et slikt system er kjent fra NO-PS 139 323, hvor det beskrives et undervanns-produksjonsutstyr for fjern-tilknytning til undervannsbrønner og for fluidtapping fra borehull under vann. Undervanns-produksjonsutstyret er bygget opp slik at komponentene lett kan kobles til og fra og fjernes og/eller byttes ut. Således er forskjellige seksjoner av plattformen og utstyret på denne, innbefattet manifoldutstyr, ventiler, kraftanlegg og andre styre-enheter og selve skinnegangen som betjeningsenheten arbeider på, fjernstyrt uttagbare og kan bringes opp til overflaten for reparasjon og/eller utskiftning i undervanns-produks jonsutstyret . Hvis vedlikeholdsarbeide skal gjøres på undervanns-produksjonsutstyret, f.eks. på en manifold-ventil, blir en bøye frigitt ved fjernstyring. Bøyen stiger fra plattformen og tar med seg en line til overflaten. Betjeningsenheten synker og trekker seg selv ned til undervanns-produksjonsutstyret langs linen som er festet til bøyen. Etter at betjeningsenheten er landet på skinnegangen sikres betjeningsenheten til skinnegangen. Ved hjelp av strømtilførsel fra overflaten gjennom en elektrisk kabel tilføres betjeningsenheten strøm til en motor som beveger betjeningsenheten langs skinnegangen. En betjeningsarm på betjeningsenheten kan settes i virk-somhet, med strømtilførsel gjennom den nevnte elektriske kabel. Etter at betjeningsenheten har utført de nødven-dige operasjoner, går den tilbake til landingspunktet, forankringen løsnes og betjeningsenheten returnerer opp til overflaten langs linen. Hvis et vedlikeholdsarbeide ikke kan gjøres fjernstyrt, kan en mann senkes ned i en klokke som er festet til betjeningsenheten. Betjeningsenheten er forsynt med sitt eget kraftforsyningssystem som setter den i stand til å bevege seg langs skinnegangen hvis krafttilførselen gjennom den elektriske kabel som går opp til overflaten skulle svikte. Mannen i den eventuelt anvendte klokke kan ved behov frigjøre betjeningsenheten eller frigjøre klokken fra betjeningsenheten slik at klokken kan flyte opp til overflaten.

Dette kjente system har den ulempe at man er av-hengig av en overflatetilknytning. Foreliggende oppfin-nelse tar sikte på å tilveiebringe et undervanns-operasjonssystem som er fjernstyrt ved normal drift og hvor vedlikehold, utbytting av enheter osv. kan gjennomføres innenfor rammen av et totalt undervannssystem, dvs. at man arbeider uten behov for overflatekontakt, slik at man i realiteten har et,undervannssystem som er uavhengig av forholdene på overflaten.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor ved et undervanns-operasjonssystem som nevnt innledningsvis at utstyrsenhetene i størst mulig grad er plassert som sådanne og/eller med sine betjeningsorganer i typiske akser og i typiske plan, og at betjeningsenheten er et lastbærende, bemannet autonomt undervannsfartøy med dokkingsføtter for samvirke med skinnegangen og med minst én ytterligere, utvendig manipulator som er stillingsbevegbart montert på fartøyet tilpasset de nevnte typiske akser når fartøyet er dokket på skinnegangen og inntar én av de nevnt stillinger.

Oppfinnelsen er primært utviklet for bruk ved såkalte produksjonsanlegg, men uttrykket undervanns-operas jonssystem skal innbefatte også andre anlegg under vann, hvor det er behov for vedlikehold, utbytting av enheter osv.

Det lastbærende, bemannede autonome undervannsfar-tøy er en sentral faktor. Ved at det er lastbærende kan det ta med seg utstyrsenheter og komponenter fra en base som i praksis kan plasseres på et hensiktsmessig sted, eksempelvis på land. Ved at fartøyet er bemannet, oppnår man den fordel at samtlige håndteringer og manipuleringer kan skje "manuelt", altså med direkte overvåkning (gjennom egnede vinduer i fartøyet). Herunder kan også automatiske og automat- og fjernstyrte komponenter overvåkes. Ved at undervannsfartøyet er autonomt, altså selvforsynt, oppnår man den fordel at bemanningen - det kan her dreie seg om en større besetning, eksempelvis 5-10 personer, kan opp-holde seg i flere uker ombord, og fartøyet er helt uavhengig av ekstern energitilførsel når fartøyet er i arbeide på undervannsplattformen, selv om man naturligvis med fordel kan tilveiebringe en energioverføringsforbindelse mellom fartøyet og plattformen når fartøyet er dokket på skinnegangen, slik at fartøyet kan få energitilførsel fra plattformen, idet det da forutsettes at undervannsplattformen har kabel- eller ledningsforbindelse med en egnet energikilde plassert på en fjerntliggende fast offshore-plattform eller på land.

Anordningen av utstyrsenhetene og/eller deres betjeningsorganer (koblinger, betjeningsspindler, feste-skruer, signalorganer osv.) eller deres akser, om man vil, i typiske akser og i typiske plan forenkler manipulerings-operasjonene, og den stillingsbevegbare montering av manipulatorene på fartøyet tilpasset de nevnte typiske akser når fartøyet er dokket på skinnegangen, bidrar ytterligere til å forenkle de manipuleringer som skal foretas. Betjeningsorganene kan ha en akse som ligger fast i forhold til utstyrsenheten eller dens akser, og betjeningen kan foregå ved at betjeningsorganet roteres omkring og/eller forskyves langs sin akse.

Med "typiske akser" og "typiske plan" menes her slike akser og plan som går igjen i, altså er typiske for, alle utstyrsenhetene som er anordnet i operasjonssystemet.

Komponentene som skal betjenes av manipultoren(e) på undervannsfartøyet er innpasset i et koordinatsystem som, i tillegg til den nevnte forenkling av manipulerings-operasjonene, gir mulighet for sammenpasning av komponenter, verktøy og manipulatorer og også muliggjør definerte operasjoner, særlig med utnyttelse av et DAK-system

(tegningen av utstyret lagt inn på et DAK-system i styrin-gen, slik at styresystemet selv "ser" utstyret og eventu-elle hindringer):. Manipulatoren/verktøyet vil ved "avkjenning" av 'referansepunkter på utstyret (f.eks. et produksjonstre) få referansedata i sin data-assisterte styring. Adressering kan da skje ut fra kjent plassering av verktøy i forhold til utstyret. Plasseringen i typiske akser og plan vil også lette bruken av fjernsynskamera eller "akustisk kamera" for å sende nærbilde til, opera-tøren ombord i undervannsfartøyet. Man må på større dyp regne med dårlige sikt- og lysforhold og kan derfor ikke basere seg på ren manuell (visuell) styring.

Bruk av et lastbærende, bemannet autonomt under-vannsfartøy gir mulighet for plassering av undervanns-operas jonssystemer også på større dyp, dvs. dyp utenfor vanlig dykkerrekkevidde, og en spesiell fordel ses i at det nye system vil egne seg utmerket for innsats i arktiske farvann (under isen).

Til undervanns-operasjonssystemer stilles det i dag store krav av sikkerhetsmessige grunner. Således kreves det at utstyrsenheter og komponenter skal ha meget lang levetid og være ekstra driftssikre, nettopp fordi det dreier seg om anlegg som er vanskelig tilgjengelige, og hvor svikt eller feil vil kunne få katastrofale følger. Det nye undervanns-operasjonssystem gir mulighet for av-kortning av utstyrsenheters og komponentert "garantitid", dvs. at man kan, forlate det i dag forlangte langtidskon-sept fordi man ,ved innsats av undervannsfartøyet raskt og relativt enkelt kan bytte ut og reparere/overhale enheter og komponenter. Totalt sett oppnår man således et system hvor man i et vått miljø nærmer seg de arbeids- og drifts-forhold man har i et tørt miljø.

Anvendelsen av undervannsfartøyet, som vil være relativt stort, vil gjøre det mulig å "spre" utstyret mer. Eksempelvis kan et manifoldområde utformes større, dvs. legges over et større område, som dekkes av undervanns-fartøyets manipulatorer, og enkeltkomponenter kan dimen-sjoneres og plasseres på lettere tilgjengelige steder. En såkalt piggsluse kan eksempelvis transporteres med under-vannsfartøyet og settes på plass i ledningssystemet ved behov, hvorved dette kan skje uten den i dag nødvendige overflateforbindelse med et fartøy.

Enkelte komponenter vil kunne forenkles, idet de bare behøver utføres for direkte betjening. Dette gjelder eksempelvis ventiler for avstengning av seksjoner hvor arbeider/manipuleringer/utbyttinger skal foretas.

I et undervanns-operasjonssystem hvor utstyret innbefatter produksjonstrær og tilhørende manifoldutstyr, kan fordelaktig produksjonstrærne anordnes på linje, med manifoldutstyret plassert langs denne linje, idet skinnegangen da strekker seg over manifolden.

Når fartøyet er dokket på skinnegangen, vil man med manipulatorene kunne betjene både produksjonstrærne og det underliggende manifoldutstyr.

Fortrinnsvis legges skinnegangen parallelt med den nevnte linje. Undervannsfartøyet kan da dokkes slik at dets lengdeakse står i rett vinkel på skinnegangen og på den nevnte linje, og undervannsfartøyet kan så tverrfor-skyves langs skinnegangen. Med manipulatorer i forparten kan produksjonstrærne betjenes, mens én eller flere mani-pultorer under fartøyet kan betjene manifoldutstyret, idet fartøyet dokkes på skinnegangen med fartøyets akse parallell med de typiske akser i manifolden.

Hensiktsmessig kan skinnegangen innbefatte et parti utenfor plattformens utstyrsområde, slik at fartøyet kan dokke uten fare for kollisjon med utstyrsenheter på plattformen. Dette gir en ekstra sikkerhet.

Fordelaktig innbefatter skinnegang og undervanns-fartøy innbyrdes formsluttende drivmidler, eksempelvis tannstang-tannhjul. Dette vil ofte være fordelaktig, ofte også nødvendig, da slimbelegg vil kunne hindre den nødven-dige friksjon mellom skinnegang og støttehjul. Under-vannsfartøyet vil også være nær en flytetilstand, med tilhørende lite flatetrykk mot skinnen.

Fordelaktig kan undervannsfartøyet innbefatte låsemidler, eksempelvis klør, for låsning til skinnen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det etter-følgende under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et grunnriss av en undervannsplattform, med et dokket undervannsfartøy,

fig. 2 viser plattformen på fig. 1, sett fra venstre side,

fig. 3 viser undervannsplattformen, sett fra den på fig. 1 nederste ende, i større målestokk,

fig. 4 viser et snitt gjennom det delvis viste undervannsfartøy på fig. 3,

fig. 5 viser et mer skjematisk utsnitt av en under-vannsplattf orm som på fig. 1, hvor skinnegangen er forlenget til utenfor plattformens utstyrsområde,

fig. 6 viser et skjematisk sideriss av forparten av et undervannsfartøy med manipulatorer, sammen med et pro-duks jonstre,

fig. 7 og 8 viser hhv. et enderiss og et grunnriss av undervannsfartøyet og produksjonstreet på fig. 6,

fig. 9 viser en utstyrsenhet hengende i et løfteåk, og

fig. 10 og 11 viser et eksempel på låsning av en utstyrsenhet i lasterommet.

Den på fig. 1 - 3 viste undervannsplattform er en produksjonsplattform som er plassert på havbunnen 1. Pro-duksjonsplattformen 2 er i og for seg bygget opp på kon-vensjonell måte av kraftige rørelementer 3 og bjelker 4 som er sveiset sammen slik at det fremkommer et rammeverk. Den viste produksjonsplattform innbefatter fire produksjonstrær 5, 6, 7 og 8. Hvert produksjonstre er på i og for seg kjent måte tilknyttet en brønn. Antall produksjonstrær er her valgt helt tilfeldig, og en undervanns-plattform kan naturligvis innbefatte et større eller mindre antall produksjonstrær.

Produksjonstrærne 5 - 8 er, slik det går frem av fig. 1 - 3, anordnet på en linje Y-Y. Hvert produksjonstre har en vertikal akse Z-Z som representerer en såkalt typisk akse. Av fig. 2 og 3 går det frem at hvert produksjonstre, se produksjonstreet 5 på fig. 2 og produksjonstreet 7 på fig. 3, har sine betjeningsorganer 9, 10 hhv. 11 anordnet i den typiske akse og i typiske plan A, B, C, D, E (fig. 3). På fig. 2 kan man også betrakte tegnings-planet som et typisk plan hvor betjeningsorganene 9 og 10 ligger.

En annen typisk akse er X-X, se fig. 1. Manifoldutstyret og andre utstyrsenheter er anordnét etter slike akser X-X i grunnrisset på fig. 1. På fig. 3 ligger aksen X-X i papirplanet og papirplanet representerer også et typisk plan for plassering av utstyrsenheter.

Undervannsplattformen 2 er langs linjen Y-Y, som

produksjonstrærne 5 - 8 er radet opp langs, forsynt med et manifoldutstyrsområde 12. Utstyret er her, på samme måte som produksjonstrærne, i og for seg kjent utstyr som ikke krever nærmere forklaring.

Over manifoldutstyrsområdet 12 strekker det seg en skinnegang i form av to skinner 13 og 14. Skinnegangen 13, 14 strekker seg her parallelt med oppradingen av pro-duks jonstrærne 5-8. Et undervannsfartøy 15 er vist dokket på skinnegangen 13, 14, i stilling utenfor produksjonstreet 7. Dette undervannsfartøy 15 er et lastbærende, bemannet autonomt undervannsfartøy som er dimensjo-nert og utstyrt for å gi plass til et større mannskap, eksempelvis 5-10 personer, og for lengre tids opphold i neddykket tilstand (opptil flere uker).

Undervannsfartøyet 15 er utformet med et trykkskrog 16 (se fig. 3 og 4). Under trykkskroget 16 har under-vannsfartøyet et lasterom 17, som utad begrenses av ut-svingbare sidevegger 18, 19. I forparten, foran trykkskrogets 16 fremre avslutning, er det et rom 20 som er lukket med baugporter 21.

Langs buken av trykkskroget 16 går det to skinner 22, 23 som danner en skinneføring for en løpevogn 24. Denne løpevogn 24 bærer en bukmanipulator 25. Videre er det under buken anordnet to skinner 26, 27 for én eller flere løpekatter 28 med et deri opphengt løfteåk 29.

Manipulatoren 25 er på fig. 3 og 4 vist i en inn i lasterommet innsvinget hvile/transportstilling. En arbeidsstilling er vist med stiplede linjer på fig. 4. Løpekatten 28 og løfteåket 29 tjener til håndtering av utstyrsenheter som' er hengt opp i lasterommet 17. Manipulatoren 25 benyttes for utførelse av nødvendige arbeider på plattformen.

I rommet 20 er det anordnet to baugmanipulatorer 30, 31 (se fig. 6-8). Disse manipulatorer kan vandre på vertikale skinner 32, 33. Skinnene 32, 33 kan forskyves horisontalt, som antydet med dobbeltpilene på fig. 6, i egnede føringer 34, 35. Foran i trykkskroget 16 er det et stort akrylvindu 36 som gir god oversikt for betjeningen 37 som styrer manipulatorene innenfra trykkskrogets opp-holdsrom. Tilsvarende store vinduer (ikke vist) er anordnet i trykkskrogets buk, slik at betjeningen også får visuell kontroll med bukmanipulatoren 25 og løfteåket 29.

I lasterommet 17 er det på fig. 3 med strekpunk-terte linjer antydet utstyrsenheter som er utformet som moduler i et containeriseringssystem, dvs. at hver modul ligger innenfor en parallellepipedisk "ramme". Hver slik "container"-modul 38 kan fordelaktig innbefatte en ramme-struktur (ikke nærmere vist) med i det minste én toppramme med angrepssteder for løfteåket 29 og med feste-opphengs-punkter for samvirke med motsvarende punkter i lasterommet 17. Man kan her med fordel utnytte kjent låse- og fast-gjøringsteknikk fra vanlige containere. Således kan rammestrukturen være forsynt med utragende låseører beregnet for låsesamvirke med egnede krokfester i lasterommet hvor modulene kan henges opp under transport.

På fig. 9 er det vist et eksempel på en rammestruk-tur med tilhørende utstyrsenhet. Rammestrukturen er be-tegnet med 41 og utstyrsenheten med 42. Rammen 41 og den dermed sammenbyggede utstyrsenhet 42 henger i løfteåket 29, som på sin side er hev- og senkbart opphengt i løpe-katten 28 med liner 43. Manipulatoren 25 benyttes for styring og stillingsorientering av utstyrsenheten 42.

Fig. 10 og 11 viser rent skjematisk hvordan en con-tainerisert enhet 38 kan henges opp og låses i en tran-sportstilling i egnede kroker 44 i lasterommet, idet en-heten 38 er forsynt med utragende låseører 45, utformet som vist på fig. 10 og 11. Låseøret 45 har et hull 46 som en låsetapp 47 kan gripe inn i. Låsetappen 47 drives av en liten arbeidssylinder 48. Tilsvarende kroker, eventuelt uten lås, kan benyttes på et lavere nivå, for "parkering" av utstyrsenhetene.

Fig. 5 viser en variant av plattformen på fig. 1. Forskjellen er at skinnegangen 13, 14 på fig. 1, ved plattformen på fig. 5 er forlenget med skinneavsnittene 13', 14', slik at undervannsfartøyet 15 kan dokke utenfor utstyrsområdet på plattformen, altså det område hvor pro-duks jonstrærne og manifoldutstyret etc. befinner seg. Fartøyet 15 kan således dokke uten fare for kollisjon med utstyrsenheter på plattformen, og kan så kjøre seg inn langs skinnegangen.

Undervannsfartøyet er forsynt med fire teleskopben 39, som i sine respektive ender har løpehjul 40 for anlegg mot skinnene 13, 14. Etter dokkingen kan undervannsfar-tøyets stilling reguleres ved hjelp av de to teleskoper-bare ben 39, og ved hjelp av ikke viste drivmidler som på-virker hjulsettene 40 kan undervannsfartøyet forflytte seg langs skinnene 13, 14. I ønsket stilling utenfor et produksjonstre 7 kan undervannsfartøyet eventuelt låses til skinnegangen ved hjelp av ikke viste midler, som vil være vel kjent for fagmannen.

I det foregående er det omtalt en undervannsplattform som hviler på havbunnen. Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til en slik undervannsplattform. Undervannsplattformen kan godt være den øvre avslutning av en tårnaktig konstruksjon som står på havbunnen, hvorved man kan redusere arbeidsdypet for plattformen og under-vannsfartøyet .

Man kan eksempelvis også tenke seg en krummet skin-nebane for undervannsfartøyet. En mulig utførelse er også en hvor undervannsfartøyet dokkes på en dreieskivelignende skinnegang som ligger sentralt i en undervannsplattform.

Claims (7)

1. Undervanns-o<p>eras jonssystem innbefattende en undervanns-plattform (2), operasjonsutstyr (5 - 8) på plattformen, montert som utbyttbare enheter, betjeningsorganer (9 - 11) på hver utstyrsenhet, en skinnegang (13, 14) på plattformen og en betjeningsenhet (15) som kan forflytte seg langs skinnegangen og innta egnede stillinger for å påvirke betjeningsorganene og skifte ut utstyrsenhetene, hvilken betjeningsenhet har en manipulator (25) hvormed en utstyrsenhet kan isoleres, gripes og fråsettes på betjeningsenheten, og hvormed en ny utstyrsenhet kan hentes fra et lager i betjeningsenheten og settes på plass på plattformen, karakterisert ved at utstyrsenhetene (5 - 8) i størst mulig grad er plassert som sådanne og/eller med sine betjeningsorganer (9 - 11) i typiske akser (X, Y, Z) og i typiske plan (A-F, X-Z, Y-Z), og at betjeningsenheten er et lastbærende, bemannet autonomt undervannsfartøy (15) med dokkingsføtter (39, 40) for samvirke med skinnegangen (13, 14) og med minst én ytterligere, utvendig manipulator (30; 31) som er stillingsbevegbart montert på fartøyet tilpasset de nevnte typiske akser når fartøyet er dokket på skinnegangen og inntar én av de nevnte stillinger.

2. Undervanns-operasjonssystem ifølge krav 1, hvor utstyret innbefatter produksjonstrær (5 - 8) og tilhørende manifoldutstyr (12), karakterisert ved at produksjonstrærne (5 - 8) er anordnet på linje (Y -Y), at manifoldutstyret (12) er plassert langs linjen og at skinnegangen strekker seg over manifoldutstyret.

3. Undervanns-operasjonssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at skinnegangen (13, 14) går parallelt med den nevnte linje (Y-Y).

4. Undervanns-operasjonssystem ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at fartøyet (15) og dets dokkingsføtter (39, 40) er beregnet for dokking på skinnegangen (13, 14) med fartøyets lengdeakse parallell med den typiske akse (X-X) i manifoldutstyret.

5. Undervanns-operasjonssystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at skinnegangen (13, 14) innbefatter et parti (13', 14',) utenfor plattformens utstyrsområde, slik at fartøyet kan dokke uten fare for kollisjon med utstyrsenheter på plattformen.

6. Undervanns-operasjonssystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at under-vannsfartøyet innbefatter formsluttende drivmidler, eksempelvis tannstang-tannhjul.

7. Undervanns-operasjonssystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at under-vannsfartøyet innbefatter låsemidler, eksempelvis klør, for låsning til skinnegangen.