NO176130B - System for anvendelse ved offshore petroleumsproduksjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et system for anvendelse ved offshore olje- og gassproduksjon fra produksjonsbrønner på sjøbunnen, omfattende en neddykket bøye med en ytre oppdriftsdel som er innrettet for innføring og frigjørbar fastgjøring i et neddykket, nedad åpent opptaksrom i et fartøy, og en i den ytre del roterbart lagret, sentral del som er forankret til sjøbunnen og er forbundet med minst én overføringsledning som strekker seg fra en respektiv produksjonsbrønn opp til bøyen, idet over-føringsledningen eller overføringsledningene under drift er koplet til et rørsystem på fartøyet via bøyens sentrale del og en samvirkende svivelenhet, og idet en sjakt strekker seg mellom opptaksrommet og fartøyets dekk.

Et system av ovennevnte type, for anvendelse ved bøyelasting og -lossing, er vist og beskrevet i den internasjonale patentsøknad nr. PCT/N092/00054. I slike systemer danner den neddykkede bøye et samlingspunkt for ett eller flere fleksible stigerør og kontrollkabler fra f.eks. et produksjonssystem på sjøbunnen eller en oljeleverende rørledning fra en produksjonsen-het. Bøyen er tilpasset til å heves og fastgjøres i opptaksrommet i det aktuelle fartøy, for å etablere et transportsystem for petroleumsproduktene fra det nevnte system til lasterom i fartøyet.

Når en bøye av den innledningsvis angitte type er fastgjort i opptaksrommet i et fartøy, er fartøyet stivt festet til bøyens ytre oppdriftsdel og er dreibart om bøyens sentrale del som er forankret til sjøbunnen ved hjelp av et passende forankringssystem. Selve bøyen utgjør således et dreielegeme ("turret") om hvilket fartøyet tillates å dreie under påvirkning av vind, bølger og vannstrømmer.

Denne bøyekonstruksjon medfører en rekke vesentlige fordeler i forhold til tidligere kjente bøyelastingssystemer. Bøyens sentrale del har liten diameter og liten masse, slik at det oppnås tilsvarende liten diameter på dreielegemet, dvs. bøyens ytre oppdriftsdel, og dermed liten rotasjonsmasse og rotasjonsmotstand. Tilkopling og fråkopling mellom fartøy og bøye kan utføres på enkel og rask måte, selv i dårlig vær med forholdsvis høye bølger. Videre kan bøyen forbli tilkoplet til fartøyet i allslags vær, idet en rask fråkopling kan utføres

dersom en værbegrensning skulle bli overskredet.

I et fartøy som er tilpasset for bruk sammen med den omtalte bøyekonstruksjon, er opptaksrommet og den over dette anordnede sjakt hensiktsmessig anordnet i fartøyets baugparti, slik som vist i ovennevnte, internasjonale patentsøknad. Dette muliggjør en forholdsvis enkel og rimelig ombygging av eksiste-rende fartøyer for tilpasning til et sådant bøyelastingssystem, for anvendelse som skytteltankere. Kombinasjonen av neddykket opptaksrom og en sjakt som strekker seg mellom opptaksrommet og fartøyets dekk, muliggjør dessuten et system som gir høy sikkerhet ved drift og lav risiko for forurensende utslipp.

For nærmere beskrivelse av den ovenfor omtalte bøyekon-struksjon og av et fartøy av ovennevnte type, kan det også henvises til de internasjonale patentsøknader nr. PCT/NO92/00055 og PCT/NO92/00056.

Når det gjelder offshore olje- og gassproduksjon ved hjelp av produksjonsskip, er det kjent forskjellige løsninger, bl.a. av den type som er basert på en neddykket, bunnforankret bøye og et i skipet anordnet opptaksrom i form av en rørbrønn ("moonpool") som f.eks. inneholder en dreiesylinder ("turret") for opptakelse og montering av bøyen. Felles for de kjente systemer er at de er forholdsvis dyre, hovedsakelig på grunn av store dimensjoner på dreiesylinderen og systemet som helhet. Dette gjør at produksjonsskip ifølge den kjente teknikk ikke er økonomisk og praktisk anvendelige i forbindelse med mindre eller marginale oljefelter. Det er således et behov for enkle, mobile produksjonsløsninger som muliggjør økonomisk utnyttelse også av mindre oljefelter, særlig med lite gass, og med en produksjons-hastighet på opptil 5000 m<3> olje pr. døgn.

Det er således et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe et system for anvendelse ved offshore olje- og gassproduksjon som muliggjør effektiv og økonomisk utnyttelse av f.eks. mindre eller marginale oljefelter, idet man utnytter og bibeholder de iboende fordeler ved det innledningsvis omtalte bøyelastingssystem.

Ovennevnte formål oppnås med et system av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at svivelenheten er anordnet på dekksnivå i fartøyet og med en indre sviveldel er stivt forbundet med en holdesylinder som strekker seg ned gjennom sjakten og med sin nedre ende er innrettet for dreiefast sammenkopling med bøyens sentrale del, og at bøyens sentrale del er forsynt med gjennomføringspassasjer for det aktuelle antall overføringsledninger, slik at disse kan trekkes opp gjennom bøyen og innvendig i holdesylinderen opp til svivelenheten, idet disse ledninger ved sin øvre ende er innrettet for sammenkopling med tilhørende ledningsforbindelser som via svivelenheten er forbundet med det nevnte rørsystem på fartøyet.

En vesentlig fordel med systemet ifølge oppfinnelsen er at det gir reduserte systemdimensjoner på grunn av benyttelsen av den spesielle bøye som selv utgjør dreielegeme. Dette resulterer i vektbesparelse og redusert utstyrsomfang, hvilket gir vesentlig reduserte kostnader.

Systemet ifølge oppfinnelsen krever minimal ombygging av skytteltankere for det innledningsvis omtalte bøyelastingssys-tem, for overgang til produksjonsskip. Med et slikt produksjonsskip vil sesongbetonte operasjoner være mulig, i tillegg til kontinuerlig produksjon fra marginale felter, og også prøvepro-duksjon. Skipet kan f.eks. benyttes for prøveproduksjon i sommerhalvåret i en periode med eventuelt overskudd av skytteltankere .

I forbindelse med, eller i tillegg til ovennevnte anvendelsesområder vil systemet ifølge oppfinnelsen være egnet for anvendelse i forbindelse med vanninjeksjon, vannrenseanlegg, brønnstimulering, pumping av olje fra skipsvrak som ligger på sjøbunnen, etc. Systemet er også egnet for anvendelse i farvann med drivis og isfjell, idet det ved behov muliggjør rask fråkopling, uten fare for beskadigelse av den neddykkede bøye.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et riss av et fartøy og en neddykket bøye som inngår i systemet ifølge oppfinnelsen, fig. 2 svarer til fig. 1, men viser bøyen hevet og innført i fartøyets opptaksrom, fig. 3 er et skjematisk snittriss som illustrerer det samlede system ifølge oppfinnelsen, fig. 4-6 viser forskjellige faser under installasjon av systemet, og fig. 7 er et skjematisk snittriss som illustrerer utløsning av stigerørskoplinger i systemet ifølge oppfinnelsen.

I de forskjellige tegningsfigurer er tilsvarende deler og elementer betegnet med samme henvisningstall.

På fig. 1 er det vist en neddykket bøye 1 som er forankret til sjø- eller havbunnen 2 ved hjelp av et passende forankringssystem bestående av et antall ankerliner 3 og flytelegemer 4, slik at bøyen flyter i en forutbestemt, ønsket dybde under vannoverflaten 5, idet bøyens oppdrift da er i likevekt ned vekten av forankringssystemet. En fleksibel overføringsledning 6 strekker seg mellom bøyen 1 og en produk-sjonsbrønn 7 på sjøbunnen. Selv om det er vist bare én ledning 6, kan det i praksis være anordnet flere ledninger i form av ett eller flere fleksible stigerør (for produksjon, injeksjon, etc.) og en tilhørende kontrollkabel.

Et fartøy 8 er i sitt baugparti forsynt med et opptaksrom 9 og er brakt i stilling med opptaksrommet beliggende over bøyen 1. Fartøyet kan være en skytteltanker som er utrustet som produksjonsskip og som for dette formål vil være forsynt med et modularisert, dekksmontert prosessanlegg og en avbrenningsanord-ning ("fakkel"). Ved klargjøring for produksjon heises bøyen 1 opp og fastgjøres i opptaksrommet 9 slik som vist på fig. 2.

Et skjematisk snittriss av systemet ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 3 som viser de inngående elementer helt skjematisk, og uten riktige, relative proporsjoner. Systemet kan være installert i en passende modifisert skytteltanker av den utførelse som er vist i den forannevnte, internasjonale patent-søknad nr. PCT/NO92/00055, og således være installert i baugpar-tiet av et slikt fartøy, slik som antydet på figuren.

Fartøyet 8 omfatter et neddykket opptaksrom 9 og en sjakt 10 som strekker seg mellom opptaksrommet og fartøyets dekk 11. En bøye 1 er innført i opptaksrommet 9 og mekanisk låst ved hjelp av låseorganer 12. Bøyen omfatter en ytre oppdriftsdel 13 som er innrettet for frigjørbar fastlåsing i opptaksrommet ved hjelp av låseorganene 12, og en i den ytre del 13 roterbart lagret, sentral del 14 som er forankret til sjøbunnen ved hjelp av ankerlinene 3. Den prinsipielle konstruksjon og virkemåte av bøyen svarer i vesentlige trekk til det som er vist og beskrevet i den forannevnte, internasjonale patentsøknad nr. PCT/NO92/00056, og det henvises til denne søknad for nærmere beskrivelse av den generelle bøyekonstruksjon.

I det foreliggende system er imidlertid bøyen modifisert i forhold til bøyen ifølge den tidligere søknad, idet de fleksible overføringsledninger som strekker seg mellom bøyen og produksjonsbrønnen på sjøbunnen, i det foreliggende tilfelle er ført direkte gjennom bøyens sentrale del, for å trekkes opp til området for en svivelenhet 15 som er anordnet på fartøyets dekk. I den viste utførelse er bøyens sentrale del 14 forsynt med to gjennomføringspassasjer 16 for gjennomføring av to fleksible stigerør 17, idet bøyen på undersiden er forsynt med bøyestivere 18 ved utløpet av gjennomføringspassasjene. I praksis kan bøyen være forsynt med et antall gjennomf øringspassasjer som svarer til det aktuelle antall overføringsledninger, f.eks. et stigerør for produksjon, et stigerør for injeksjon, en kontrollkabel for hydraulikk- og signalledninger, etc.

Svivelenheten 15 som er anordnet på dekksnivå, og nærmere bestemt på en overbygning 19, består av en stabel av svivler av passende type for det aktuelle produksjonstilfelle. På figuren er det vist to høytrykks produksjonssvivler 20 og 21, mens det i praksis normalt også vil være anordnet en hydraulikk-svivel og en servicelinjesvivel. De viste svivler er av konven-sjonell konstruksjon, og hver består av indre og ytre, innbyrdes dreibare sviveldeler som seg imellom avgrenser et ringrom, idet den indre sviveldel har en rørforbindelse som står i forbindelse med ringrommet og med en koplingsenhet for tilkopling til en tilhørende overføringsledning fra bøyen, og den ytre sviveldel har en rørforbindelse som står i forbindelse med ringrommet og med et rørsystem som fører til fartøyets prosessanlegg. På fig. 3 er sviveiens 20 sviveldeler betegnet med 20' og 20'', begge de indre sviveldelers rørforbindelser er betegnet med 22, de ytre sviveldelers rørforbindelser er betegnet med 23, og rørene som fører til fartøyets prosessanlegg (ikke vist), er betegnet med 24.

En vesentlig del av systemet ifølge oppfinnelsen er en holdesylinder 30 som strekker seg gjennom sjakten 10 og er dreiefast innkoplet mellom den indre del av svivelenheten 15 og bøyens indre eller sentrale del 14. Denne sylinder har som hovedoppgave å holde den indre del av svivelenheten 15 stasjonær i forhold til den sentrale del 14 av den neddykkede bøye. Sylinderen er opplagret radialt ved hjelp av et radiallager 31, og aksialt ved hjelp av et aksiallager 32 som er anbrakt under svivelenheten 15. Sylinderens øvre ende er festet, f .eks. boltet, til den indre sviveldel 20', og dens nedre ende er dreief ast forbundet med den sentrale bøyedel 14 via en fortanning 33 som er vist i forbindelse med detaljen A på fig. 3. Under drift holdes den sentrale bøyedel 14 i stilling av ankerlinene 3, og holdesylinderen 30 holder den indre sviveldel stasjonær i forhold til den sentrale bøyedel, idet den nevnte fortanning opptar det torsjonsmoment som overføres til holdesylinderen - på grunn av friksjon i svivelenheten - når den ytre sviveldel dreies ved dreining av fartøyet.

En drivmekanisme 34 for å få den ytre del av svivelenheten til å dreie med fartøyet er vist anordnet ved siden av svivelenheten 15.

De fleksible stigerør som er ført gjennom bøyen 1, er ført innvendig i holdesylinderen 30, idet de med sine øvre endepartier er ført gjennom og festet til en krage 35 som er glidbar langs sylinderens 30 innervegg. Kragen er på fig. 3 vist i sin driftsstilling hvor stigerørene er sammenkoplet med svivelenhetens 15 rørf orbindelser 22 via en koplingsenhet som er betegnet som helhet med henvisningstallet 36. Kragen 35 er i form av en plate som er passende perforert (på ikke nærmere vist måte), for å oppnå optimal bremsing av kragens nedadgående bevegelse i sjøvann i den nedre del av holdesylinderen 30 ved fråkopling av bøyen 1 fra fartøyet, slik som omtalt senere, for å få minst mulig støtbelastning av kragen mot bøyen. Kragen er også vist å være forsynt med dempningsfjærer 37 på undersiden, for å minimere støtbelastningen.

Koplingsenheten 36 er bl.a. vist å omfatte en hurtig-kopling 38 for hver ledningsforbindelse, og videre er ventiler 39, 40, som eventuelt kan være automatiske stengeventiler, anordnet både over og under hurtigkoplingen, for å begrense utslipp av hydrokarboner og muliggjøre fråkopling når rørene står under trykk. Videre er det i forbindelse med koplingsenheten 36 anordnet en avhengingskrage 41 ved hjelp av hvilken koplingsenheten kan opphenges i holdesylinderen ved hjelp av en frem-springsanordning 42 på sylinderens 30 innervegg.

Ved installasjon av systemet vil det være nødvendig å dreie holdesylinderen 30 slik at dens nedre fortanning 33 passer med fortanningen på bøyens sentrale del 14, når bøyen er låst i opptaksrommet 9. For dette formål er det anordnet en elektrisk motor 43 i kombinasjon med en tannkrans 44 på sylinderen.

For å dempe trykks jokk i holdesylinderen 30 ved fråkopling av bøyen og de fleksible stigerør, er den nedre del av sylinderen forsynt med passende perforeringer 45. På nivå med hurtigkoplingene 38 er sylinderen hensiktsmessig forsynt med åpninger (ikke vist) for atkomst og naturlig ventilasjon.

Forskjellige faser ved installasjon av systemet ifølge oppfinnelsen skal beskrives i det følgende under henvisning til fig. 4-6.

Som en innledende operasjon trekkes bøyen 1 inn i fartøyets opptaksrom 9, idet en inntrekkingsline 46 som er festet til bøyen (se fig. 4), hales inn ved hjelp av en vinsjanordning (ikke vist) på fartøyet. Inntrekkingsprosedyren kan utføres slik som beskrevet i den internasjonale patentsøknad nr. PCT/N092/00053. Når bøyen er trukket inn, dreies holdesylinderen 30 ved hjelp av motoren 43 inntil sylinderens nedre fortanning 33 passer med den tilsvarende fortanning på bøyen. Et videokamera (ikke vist) som benyttes for inntrekkings- og låseoperasjonen, vil gi informasjon om hvordan holdesylinderen 30 må dreies for at fortanningen 33 skal gå i inngrep. Deretter låses bøyen på plass ved hjelp av låseorganene 12, og den dreiefaste forbindelse mellom bøyen og holdesylinderen etableres. Den nedre del av sjakten 10 og sylinderen 30 vil nå være fylt av vann, opp til et nivå som svarer til fartøyets dypgående. Denne vannmengde kan bli værende i sjakten, eller den kan - dersom det ønskes - fjernes ved hjelp av passende pumpeutstyr, forutsatt at bøyen danner en tettende forbindelse med opptaksrommet.

Når bøyen er låst i opptaksrommet, frigjøres inntrekkingslinen 46 fra bøyens sentrale del 14 ved hjelp av et fall-lodd, slik at festet for denne line overføres til kragen 35. Deretter trekkes kragen 35 med stigerørene 17 opp gjennom holdesylinderen 30 ved hjelp av inntrekkings linen 46, opp til sylinderens øvre ende på nivå med sylinderens aksiallager 32, hvor kragen ved hjelp av en passende anordning låses aksialt, i den stilling som er vist på fig. 5. Inntrekkingslinen 46 løsnes deretter fra kragen 35 og festes i stedet til koplingsenhetens 36 avhengingskrage 41, og koplingsenheten heises deretter på plass og nedsenkes over kragen 35, hvoretter den monteres til stigerørenes 17 endeavslutninger. Deretter frigjøres den aksiale låsing av kragen 35, og stigerørene 17 og koplingsenheten 36 nedsenkes så mye at avhengingskragen 41 kommer til hvile mot fremspringsanordningen 42 på holdesylinderens innervegg. Situasjonen er da som vist på fig. 6.

Den neste operasjon er å montere svivelenheten 15 med tilhørende rørforbindelser og drivmekanismen 34 på toppen av aksiallageret for holdesylinderen. Når svivelenheten er senket på plass, flenses rørforbindelsene 22 til toppen av rørene fra hurtigkoplingene 38, og rørforbindelsene 23 koples til rørene 24.

Når bøyen og de tilhørende stigerør skal frakoples fra fartøyet, skjer dette sekvensielt, slik som illustrert på fig. 7. Først utløses hurtigkoplingene 38, eventuelt etter at ventilene 39 og 40 først er stengt, dersom disse ikke er automatiske stengeventiler. Som vist på fig. 7, er det til kragen 35 festet en holdeline 47 som via en trinse 48 går til en vinsj (ikke vist) med konstant bremsemoment. Dette er gjort for å unngå kompresjon og utsving av de fleksible stigerør 17 under vekten av kragen og de frigjorte elementer som hviler på denne etter utløsning av hurtigkoplingene. Den perforerte krage 35 med stige-rørene senkes da kontrollert ned til vannoverflaten, hvoretter den bremses av vannet i holdesylinderen 30, slik at den blir liggende på toppen av bøyen, uten støtbelastning av betydning. Låseorganene 12 for låsing av bøyen utløses med en tidsfor-sinkelse som er tilstrekkelig til at kragen 35 hviler på bøyen når utløsning skjer. Når bøyen er frigjort, synker den ned klar av fartøyet, på grunn av sin vekt og trekkreftene fra forank-rings- og stigerørsystemene.

Claims (10)

1. System for anvendelse ved offshore olje- og gassproduksjon fra produksjonsbrønner på sjøbunnen, omfattende en neddykket bøye (1) med en ytre oppdriftsdel (13) som er innrettet for innføring og frigjørbar fastgjøring i et neddykket, nedad åpent opptaksrom (9) i et fartøy (8), og en i den ytre del (13) roterbart lagret, sentral del (14) som er forankret til sjøbunnen (2) og er forbundet med minst én overføringsledning (6; 17) som strekker seg fra en respektiv produksjonsbrønn (7) opp til bøyen (1), idet overføringsledningen eller overføringsledningene (6; 17) under drift er koplet til et rørsystem (24) på fartøyet (8) via bøyens (1) sentrale del (14) og en samvirkende svivelenhet (15), og idet en sjakt (10) strekker seg mellom opptaksrommet (9) og fartøyets (8) dekk (11), KARAKTERISERT VED at svivelenheten (15) er anordnet på dekksnivå i fartøyet (8) og med en indre sviveldel (20') er stivt forbundet med en holdesylinder (30) som strekker seg ned gjennom sjakten (10) og med sin nedre ende er innrettet for dreiefast sammenkopling med bøyens (1) sentrale del (14), og at bøyens sentrale del (14) er forsynt med gjennomføringspassasjer (16) for det aktuelle antall overføringsled-ninger (17), slik at disse kan trekkes opp gjennom bøyen og innvendig i holdesylinderen (30) opp til svivelenheten (15), idet disse ledninger (17) ved sin øvre ende er innrettet for sammenkopling med tilhørende ledningsforbindelser (22) som via svivelenheten (15) er forbundet med det nevnte rørsystem (24) på fartøyet (8).

2. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at over-føringsledningenes (17) øvre endepartier er ført gjennom og festet til en krage (35) som er glidbar langs holdesylinderens (30) innervegg.

3. System ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at kragen (35) består av en plate som er perforert for passende bremsing av kragens nedadgående bevegelse i sjøvann i holdesylinderen (30) ved fråkopling av bøyen (1) fra fartøyet ( 8 ).

4. System ifølge krav 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at dempningsfjærer (37) er anordnet på kragens (35) underside.

5. System ifølge ett av kravene 2-4, KARAKTERISERT VED at bøyens sentrale del (14) er forsynt med en anordning som tillater automatisk frigjøring av en inntrekkingsline (46) for bøyen (1) ved hjelp av et fall-lodd, slik at festet for linen (46) overføres til kragen (35).

6. System ifølge ett av kravene 2-5, KARAKTERISERT VED at overføringsledningene (17) og svivelenhetens (15) tilhørende ledningsforbindelser (22) er sammenkoplet ved hjelp av hurtigkop-linger (38).

7. System ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at automatiske stengeventiler (39, 40) er anordnet på ledningene over og under hurtigkoplingene (38).

8. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at holdesylinderen (30) er opplagret ved hjelp av et nedre radiallager (31) og et øvre aksiallager (32).

9. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at holdesylinderens (30) vegg er perforert (45) ved sylinderens nedre ende.

10. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at holdesylinderens (30) nedre ende er stivt sammenkoplet med bøyens (1) sentrale del (14) via en fortanning (33).