NO334142B1 - Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon - Google Patents

Abstract

Det er tilveiebragt fremgangsmåter og anordninger for oppdriftsfordeling langs en i det vesentlige vertikal undervannskonstruksjon (100), der konstruksjonen er tilveiebragt med multiple moduler (110), glidbart montert til konstruksjonen slik at når konstruksjonen er vertikalt utplassert til sjøs er modulene frie til å justere sine posisjoner opp eller ned langs konstruksjonen ved å gli, idet kraften fra hver modul virker på modulen over seg i stedet for lokalt langs konstruksjonen, som fører til at den kumulative kraften (460) fra modulene virker i det vesentlige mot toppen av konstruksjonen. Krefter mellom modulene kan bli jevnt fordelt ved bruk av ettergivende mellomlegg (310).

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og anordning for oppdriftsfordeling av offshore-dypvannskonstruksjoner, spesielt, men ikke begrenset til, oppdriftsfordeling langs en i det vesentlige vertikal undervannskonstruksjon, slik som et stigerør, en bunt med stigerør, eller et hvilket som helst annet konstruksjonselement.

Av tidligere kjent teknikk skal innledningsvis nevnes US 2003/026663 A og US 6276456 Bl, hvor førstnevnte vedrører en fremgangsmåte for dimensjonering av et slamstigerør, mens sistnevnte vedrører et stigerørsystem for undervannsbrønner samt operasjon av dette, og hvor oppdriftselementer inngår i begge.

Konstruksjonen kan danne en del av et såkalt hybrid stigerør, med en øvre og/eller nedre deler ("overgangsslanger") laget av fleksible rør. US-A-6082391 (Stolt/Doris) foreslår et spesielt hybrid stigerørstårn bestående av en tom sentral kjerne, som understøtter en bunt med stigerørsledninger, noen benyttet for oljeproduksjon og andre benyttet for vann- og gassinjeksjon. Denne typen tårn har blitt utviklet og utplassert for eksempel i Girassol-feltet utenfor Angola. Isolasjonsmaterialet i form av syntaktiske skumblokker omkranser kjernen og rørene og adskiller det varme og kalde fluidinnholdet. Ytterligere bakgrunnsmateriale har blitt publisert i artikkelen "Hybrid Riser Tower: from Functional Specification to Cost per Unit Length" av J-F Saint-Marcoux og M Rochereau, DOT XIII Rio de Janeiro, 18. oktober 2001. Oppdaterte versjoner av slike stigerør har blitt foreslått i WO 02/053869 Al. Innholdet i alle disse dokumentene er inkorporert heri som referanse, som bakgrunn for den foreliggende beskrivelse.

Oppdrift for offshore-konstruksjoner blir oppnådd ved bruk av midlertidig eller permanent festede oppdriftsmoduler som tilveiebringer et oppoverskyv når de er nedsenket i sjøen. Konvensjonelle innretninger slik som stoppekrage og klemmer blir benyttet for å overføre oppdriftsskyvet fra oppdriftsmodulene til den understøttede konstruksjonen. Oppdriftsskyvet virker på konstruksjonen der det blir generert. Oppdriftsmodulene blir klemt rundt stoppekrager ved bruk av stropper eller bolter.

I spesielle tilfeller, slik som et hybrid stigerørstårn (bunter med stigerør, tilvirket på land), kan oppdrift kreves for understøttelse av en konstruksjon i to (eller flere) fullstendig ulike orienteringer, slik som en horisontal orientering (under installasjon) og en vertikal orientering (i operasjon).

Oppdriftsskyvet må bli overført i begge orienteringer langs to vinkelrette dekninger, avhengig av orienteringen av konstruksjonen på tidspunktet. Med oppdriften virkende på konstruksjonen hvor den blir generert kan være fordelaktig i en retning (understøttelse av horisontale stigerør under tilvirkning og installasjon), men en hindring i en annen retning. Når to eller flere stigerør er buntet sammen, kan det være vanskelig å klemme oppdriftsmoduler langs hvert stigerør (grunnet for eksempel ulik varmeutvidelse), eller langs bare ett stigerør (grunnet effektiv kompresjon). For å overvinne dette problemet blir modulene klemt til bare ett av stigerørene. Imidlertid, i operasjon, dersom stigerørene henger fritt fra toppkonstruksjonen av bunten, kan kreftene forbundet med vektkompensasjon indusere en stor kompresjonsbelastning på stigerøret som oppdrifts-modulene er festet til.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning for å overføre vesentlige kompresjonskrefter tilveiebragt av oppdrifts-modulene direkte til undervannskonstruksjonen, straks denne er installert, i stedet for via ett eller flere av stigerørene.

I et første aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon, hvor undervannskonstruksjonen er tilveiebragt med et antall oppdriftsmoduler, hvilke oppdriftsmoduler er glidbart montert til undervannskonstruksjonen, slik at når undervannskonstruksjonen blir utplassert i sjøen i en i det vesentlige vertikal orientering er oppdriftsmodulene frie til å justere sine posisjoner opp eller ned langs undervannskonstruksjonen ved å gli, idet oppdriftskraften fra hver oppdriftsmodul virker på oppdriftsmodulen over den i stedet for lokalt langs konstruksjonen, og den kumulative oppdriftskraften fra oppdriftsmodulene virker i det vesentlige mot toppen av undervannskonstruksjonen.

Denne fremgangsmåten tillater hele den opphengte vekten av

undervannskonstruksjonen å bli tatt fra dens topp, når hele oppdriftskraften blir påført. Som et resultat vil ingen enkelt del av konstruksjonen, slik som et stigerør, måtte understøtte hoveddelen av konstruksjonens vekt.

Med hensyn til det ovennevnte, kan i det vesentlige vertikalt bety noen grader bort fra sant vertikalt, men orientert slik at det langstrakte objektet reiser seg i det vesentlige fra sjøbunnen til overflaten. I det vesentlige virkende fra toppen kan også bety å virke noen meter under toppen, men slik at oppdriften virker nær toppen, tatt i betraktning hele lengden til det langstrakte objektet.

Undervannskonstruksjonen vil vanligvis være et stigerør, slik som et stålbærestigerør (steel cantenary riser), eller en bunt med stigerør. Bunten med stigerør kan være en bunt på syv stigerør anordnet med ett i midten og resten adskilt og jevnt fordelt rundt dette. I stedet for et stigerør kan det i midten være en understøttende kjerne. I et slikt tilfelle blir overføringen av oppdriftskreftene til toppen av konstruksjonen utført av oppdriftsmodulene, i stedet for av en kjerne eller kjernestigerørsledning. De for store kompresjonsbelastningene som ellers påføres kjerneledningen blir således unngått.

Hver av oppdriftsmodulene kan komme i et antall seksjoner, slik at den kan bli avpasset rundt alle stigerørene i en bunt med stigerør, som vist i WO '869, nevnt ovenfor.

Oppdriftskraften kan virke fra toppen som et resultat av at hver oppdriftsmodul virker på den ovenfor, enten direkte eller via en mellomliggende, og der den øverste oppdriftsmodulen virker mot en topplate. Alternativt kan den øverste modulen være festet til undervannskonstruksjonen. Den mellomliggende kan være en pute av komprimerbart materiale.

Oppdriftsmodulene kan, i deres opprinnelige konfigurasjon, være adskilt i det vesentlige jevnt langs undervannskonstruksjonen for å gjøre det mulig for undervannskonstruksjonen å bli flytetransportert til utplasseirngsstedet i en i det vesentlige horisontal orientering forut for utplassering.

Konstruksjonen kan være tilveiebragt med en vesentlig toppoppdrift. Alternativt, og i henhold til oppfinnelsen i en ytterligere patentsøknad med den samme prioritetsdatoen som den foreliggende søknad, kan konstruksjonen bli fullstendig understøttet av fordelt oppdrift. Innholdet i denne andre søknaden er inkorporert her som referanse (WO 2004/051052).

I ytterligere aspekter av oppfinnelsen er det tilveiebragt en konstruksjon forberedt for installasjon ved hjelp av fremgangsmåten som beskrevet ovenfor, og en konstruksjon installert i henhold til fremgangsmåten.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempler, med henvisning til de medfølgende tegninger, der: Fig. 1 er et skjematisk sideriss av en kjent type hybridstigerørstårn anordnet horisontalt under tilvirkning og installasjon, hvor kreftene tilknyttet vekt/oppdrifts-kompensasjonen blir fordelt lokalt, gjennom hele konstruksjonen; fig. 2 er et sideriss av tårnet i fig. 1, anordnet vertikalt etter installasjon, eller under operasjon; fig. 3 er et sideriss av et tårn modifisert i henhold til oppfinnelsen, hvor kompensasjonskreftene blir overført til toppen av konstruksjonen via inter-oppdriftsmodulinnretninger, i stedet for via stigerørene; fig. 4 er et mer detaljert sideriss av den forbedrede fremgangsmåten for oppdriftsfordeling som viser kombinerte oppdriftsmoduler, stigerør og forankrede kjerner; og fig. 5 er et sideriss av en alternativ utførelsesform hvor stigerørstårn er understøttet uten bruk av en toppbøye. Figur 1 viser en konvensjonell fremgangsmåte for tilveiebringelse av oppdrift til en konstruksjon 100, ved å feste oppdriftsmoduler 110 til stigerør 120,130 i regelmessig adskilte punkter. Under konstruksjon, eller i installasjon, og når konstruksjonen ligger flatt på sjøen, blir kreftene P indusert av oppdriftsmodulene godt fordelt. Det er upraktisk å klemme oppdriftsmodulene til alle stigerørene grunnet virkningene av ulik varmeutvidelse, derfor er de bare festet i enkle punkter X og vanligvis til ett av stigerørene, eller støttekjernen. Figur 2 viser konstruksjonen i figur 1 i en vertikal orientering. Når de er nedsenket og stilt på høykant, henger stigerørene fritt fra toppkonstruksjonen 105 av bunten. Det induserte skyvet tilveiebragt av vektkompenseringen induserer en stor kompresjonsbelastning langs lengden av stigerøret 130 som oppdriftsmodulene er festet til. Kompresjonskreftene er på sitt største der kjernestigerøret 130 er festet 120 til toppen av konstruksjonen, ettersom kjernestigerøret 130 på dette punktet må balansere vekten av stigerørene og deres innhold og skyvet fra oppdriftsmodulene nedenfor. Figur 3 viser en forbedret fremgangsmåte for tilveiebringelse av oppdrift til en konstruksjon 100. Alle oppdriftskreftene P blir overført til toppen av konstruksjonen uten at noen kraft blir overført via stigerøret/stigerørene 120,130. Oppdriftsmodulene

110 blir tillatt å skli langsmed konstruksjonen og overfører selv den kumulative oppløftkraften. Ettergivende intermodulinnretninger 310 blir benyttet som et grense-snitt mellom oppdriftsmodulene for å sikre at oppløftkreftene blir jevnt overført mellom tilstøtende moduler. Ved å gjøre dette maksimaliseres kontaktoverflatearealet, og dermed minimaliseres spenningspunkter forårsaket av overflateuregelmessigheter, og når konstruksjonen blir litt bøyd.

Figur 4 viser en første utførelsesform av et stigerørstårn 400 med et vertikalt sett med rør (stigerør 410 og/eller konstruksjonselementer 420), som har blitt tilvirket på land, tauet til stedet, stilt på høykant og satt i operasjon i en nær vertikal konfigurasjon. Oppdrift kreves under installasjon (tauing og stilling på høykant) vinkelrett på tårnaksen, og etterinstallasjon, kolineært med tårnaksen. For å unngå skade på konstruksjonen i horisontal konfigurasjon, må oppdriftsmodulene 430 være jevnt fordelt langs konstruksjonen.

I konfigurasjonen stilt på høykant blir skyvet oppover overført til topplaten 440 som danner en del av stigerørstoppkonstruksjonen 400 for å kompensere for vekten av stigerørene. Oppoverskyvet blir overført gjennom overflatekontakt mellom vertikalt tilstøtende oppdriftsmoduler, som vist med piler, 450, med eventuelle ettergivende innretninger mellom modulene, ikke vist i fig. 4. Overføring av totalskyvet 460 til topplaten 440 til tårnkonstruksjonen er via den øverste oppdriftsmodulen.

Tverrsnittsarealet til oppdriftsmodulen er slik at den resulterende spenningen i den øverste modulen kan bli opprettholdt, mens dersom oppoverskyvet ble overført via et av rørene/stigerørene så ville dette føre til uholdbare kompresjonsbelastninger.

Som nevnt i introduksjonen, kan toppkonstruksjonen 400 innbefatte en vesentlig bøye, som i de tidligere eksempler. Eksport av hydrokarboner er via fleksible overgangsslanger (ikke vist), en for hver stigerørsledning.

Alternativt kan konstruksjonen basere seg fullstendig på fordelt oppdrift, som beskrevet i vår samtidig løpende patentsøknad (WO 2004/051052). Figur 5 viser et eksempel på denne alternative konstruksjonen, hvor to stigerørbunter, eller individuelle stigerør, 500, 510 er koplet til et flytende fartøy (FPSO) 515. Eventuell ytterligere toppoppdrift har blitt erstattet med fordelt oppdrift. Figuren viser overflatefartøyet utsatt for et posisjoneirngsawik (forårsaket av for eksempel sjøtilstanden). Det venstre stigerøret er under større strekk enn det høyre stigerøret, men bruk av fleksible topp-seksjoner 520 tillater stigerørene å tilpasses overgangene.

Oppdriften for stigerørene er tilveiebragt av oppdriften som allerede er fordelt langs dem for installasjonsformål, som jevnt fordeler komplementet som kreves ved operasjonsformål. Det kan være ønskelig å kompensere for et eventuelt overskudd i oppdrift, under installasjon, ved å fylle konstruksjonen med fluider som er tyngre enn de som vil fylle ledningene i operasjonen. Dette vil hjelpe til i prosessen og senke den nedre delen av stigerøret til forankringspunktet.

En konsekvens av fraværet av en toppbøye er at konstruksjonen understøttet på en slik måte ikke kan motstå et stort bøyemoment i toppen, siden den eneste motvirkende stivheten er gitt av stålet og derfor er svært lav, grunnet slankheten til konstruksjonen. Bruk av fleksible seksjoner 520 for å tilknyttet toppen av konstruksjonen overvinner dette problemet, og det å tilveiebringe den med en bratt bølgeform, for å påføre strekk kolineært med konstruksjonen, unngås et stort bøye-, eller rotasjons-, moment. Hver fleksible seksjon 520, i det minste i området 530 over knutepunktet 540 med den stive delen 500/510, er også tilveiebragt med fordelt oppdrift for dette formålet. Strekket gitt av de fleksible rørledningene, under operasjon, blir tatt i betraktning ved bestemmelse av oppdriften som kreves langs selve konstruksjonen.

I begge typer installasjon er installasjonsprosessen grovt sett den samme som vist i US 6082391, nevnt ovenfor. Høyden av den installerte konstruksjonen kan for eksempel være 500 m, eller over en km.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon,karakterisert vedat undervannskonstruksjonen er tilveiebragt med et antall oppdriftsmoduler (430), hvilke oppdriftsmoduler er glidbart montert til undervannskonstruksjonen, slik at når undervannskonstruksjonen blir utplassert i sjøen i en i det vesentlige vertikal orientering er oppdriftsmodulene fri til å justere deres posisjoner opp eller ned langs undervannskonstruksjonen ved å gli, idet oppdriftskraften til hver oppdriftsmodul (430) virker på oppdriftsmodulen (430) over den i stedet for lokalt langs konstruksjonen, og den kumulative oppdriftskraften fra oppdriftsmodulene (430) virker i det vesentlige mot toppen av undervannskonstruksj onen.

2. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til krav 1,karakterisert vedat i det vesentlige vertikalt innbefatter noen graders avvik fra sann vertikal, men orientert slik at det langstrakte objektet reiser seg i det vesentlige fra sjøbunnen til overflaten.

3. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat i det vesentlige virkende fra toppen innbefatter å virke noen meter under toppen, men slik at oppdriften virker nær toppen, tatt i betraktning hele lengden av det langstrakte objektet.

4. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at undervannskonstruksjonen er et stålkjedestigerør (steel catenary riser) (410).

5. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat undervannskonstruksjonen innbefatter en bunt med stigerør (500, 510).

6. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til krav 5,karakterisert vedat bunten med stigerør (500, 510) innbefatter en bunt med 7 stigerør anordnet med ett i midten og resten adskilt og fordelt jevnt rundt dette.

7. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til krav 6,karakterisert vedat det midtre stigerøret (500, 510) innbefatter en understøttende kjerne.

8. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at oppdriftsmodulen er tilveiebragt i et antall seksjoner (520), for å underlette avpassing rundt i det minste ett av stigerørene (500, 510).

9. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at oppdriftskraften virker kumulativt som et resultat av at hver oppdriftsmodul (430) virker direkte på den ovenfor.

10. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til kravene 1-9,karakterisert vedat oppdriftskraften virker kumulativt som et resultat av at hver oppdriftsmodul virker på den ovenfor via en mellomliggende.

11. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til krav 10,karakterisert vedat den mellomliggende innbefatter en pute av komprimerbart materiale.

12. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til kravene 9 til 11,karakterisert vedat konstruksjonen videre innbefatter en topplate (440), idet oppdriftskraften virker fra toppen av konstruksjonen som et resultat av at den øverste oppdriftsmodulen (430) virker mot topplaten (440).

13. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av kravene 9 til 11,karakterisertv e d at oppdriftskraften virker fra toppen av konstruksjonen som et resultat av at den øverste modulen (430) er festet til undervannskonstruksjonen.

14. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at oppdriftsmodulene (430) er, i deres opprinnelige konfigurasjon, adskilt i det vesentlige jevnt langs undervannskonstruksjonen for å gjøre det mulig for undervannskonstruksjonen å bli flytetransportert til utplasseringsstedet i en i det vesentlige horisontal orientering forut for utplassering.

15. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at konstruksjonen er tilveiebragt med en i det vesentlige toppoppdrift.

16. Fremgangsmåte for installasjon av en langstrakt undervannskonstruksjon i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 14,karakterisertv e d at konstruksjonen blir understøttet fullstendig av den fordelte oppdriften.

17. Langstrakt undervannskonstruksjon,karakterisert vedå være forberedt for installasjon ved hjelp av fremgangsmåten som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav.

18. Langstrakt undervarmskonstruksjon,karakterisert vedå være installert ved hjelp av fremgangsmåten som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 16.