NO339757B1 - Strekkmaskiner for stigerør med multippel kapasitet - Google Patents

Description

Teknisk felt:

Oppfinnelsen angår generelt til området flytende offshore-plattformer eller offshore-fartøy for utnyttelse av undersjøiske forekomster av petroleum og naturgass. Især angår oppfinnelsen et system og apparat for strekkmaskiner for stigerør med multippel kapasitet og som strekker seg fra et undervannsbrønnhode eller undergrunns-struktur til en flytende plattform eller fartøy.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Offshore-plattformer for utnyttelse av undersjøiske petroleums- og naturgassforekomster understøtter typisk produksjonsstigerør som strekker seg til plattformen fra én eller flere brønnhoder eller strukturer på sjøbunnen. I dypvannsapplikasjoner er flytende plattformer (slik som sparer, strekkforankrede plattformer, utvidede draft-plattformer og halvnedsenkbare plattformer) typisk brukt. Disse plattformene er underlagt bevegelser på grunn av vind, bølger og strømmer. Som en konsekvens må stigerør som anvender slike plattformer bli strukket for å tillate at plattformen beveger seg relativt til stigerørene. I tillegg må stigerørstrekket opprettholdes slik at stigerøret ikke bøyer seg under sin egen vekt. Følgelig må strekkmekanismen utøve en i hovedsak kontinuerlig strekk-kraft på stigerøret innenfor et veldefinert område.

Hydro-pneumatiske strekkmaskinsystemer er én form av strekkmaskin-mekanismer for stigerør som typisk benyttes på støtte-stigerør kjent som «Top Tensioned Risers» på ulike plattformer. Flere passive hydrauliske sylindre med pneumatiske akkumulatorer koples mellom plattformen og stigerøret for å tilføre og opprettholde det nødvendige stigerørsstrekket. Plattform-responsen fra de ovenfor nevnte miljøsituasjonene, hovedsakelig hivbevegelser og horisontale bevegelser, gir endringer i stigerørlengden relativt til plattformen, noe som resulterer i at strekkmaskinsylindrene slår inn og ut. Fjæreffekten som dannes av gasskompresjonen eller utvidingen under stigerørbevegelsen isolerer delvis stigerøret fra de lave hivbevegelsene til plattformen. For horisontale (eller avdrifts-) bevegelser skaper kompresjonen av gass en lastvariasjon av strekkmaskinsylindrene som ligner den til hivbevegelsene.

Hydrauliske sylindre som utgjør slike hydro-pneumatiske strekkmaskinsystemer omfatter stempler der stempelstaven i det minst indirekte er koplet til stigerøret slik at de trykkinduserte bevegelsene av stempelet relativt til dets sylinder resulterer i den ønskede stigerørstrekkingen.

Slike hydro-pneumatiske strekkmaskinsystemer er i dag produsert i mange størrelser, der hver utgjør en viss lastkapasitet (som videre beskrevet under). Eksempler på typiske stigerørsstrekkmaskinsystemer av kjent teknikk er publisert i US 4'886, 397, US 3'902'319, GB 2'109'036 and US 5'846'028 A.

Felles for disse strekkmaskinsystemer av kjent teknikk er at de alle utgjør systemer utviklet for en særskilt lastkapasitet. Normalt er det rom kun for én strekkmaskinsystemstørrelse på en borerigg / flytende plattform, og dermed setter en klar begrensning på det tilgjengelige lastkapasitetsområdet. Under utviklingen av en rigg vil utvikler med kunnskap om disse systemene av kjent teknikk ta hensyn til hvilken type virksomhet som riggen må utføre, og strekkmaskinsystemene er valgt basert på det maksimale behovet for den særskilte riggen. Kriteriene for valg av rigg, og dermed strekkmaskinstørrelsen, kan være sjødy bde, slam vekt, type stigerør og oppgave. Sistnevnte varierer normalt fra for eksempel prøveboring, som har behov for store dimensjonalsystemer, til å utføre eksempelvis brønnoverhalingstesting eller produksjonstesting som krever stigerørstrekkmaskiner av vesentlig mindre kapasitet. Behovet for stigerørstrekking kan være så lite som 10 % av maksimal kapasitet av den installerte stigerørstrekkmaskinen. I slike tilfeller er de største og tyngste strekkmaskinsystemer generelt ikke egnet siden de relativt store lastvariasj onene medfører risiko slik som materialtretthet på brønnhodet og/eller stigerør.

Figur 2A og 2B viser prinsipielle tegninger av kjent teknikk av to ulike sylindre som i dag benyttes i industrien. Det effektive tverrsnittet av sylinderstempelet 2 som er sammensatt av en stempelstav 2' og et stempelhode 2" og som er glidbart innført i sylinderen 1, bestemmes, i tillegg til nett trykkdifferanse over stempelhodet 2", av totalkraften (F = pA) utøvd på sylinderstempelet 2 og dermed på det aktuelle stigerøret (ikke vist). En gasstrykk-kilde og en egnet pneumatisk høytryldcsakkumulator 5 tillater minst noe styring av sylindertrykket som induseres av stempelbevegelsen.

For å sikre korrekt kapasitet / yteevne for de ulike rig-krav under utviklingen har det blitt valgt i hovedsak to alternative oppsetninger: enkelvirkende (figur 2A) og dobbeltvirkende (figur 2B).

Enkeltvirkende: Den enkleste måten å sette opp den hydrauliske sylinderen i stigerørstrekksystemer er en såkalt enkeltvirkende sylinder, heretter kalt en plunger. I en plunger er stempelhodet 2" normalt uten tetning og omfatter flere stempelperforeringer 6 gjennomboret i hodet 2", for derved å utlikne trykket ( P) over og under stempelhodet 2. Når stempelet 2 forskyves inne i sylinderen 1 strømmer sylinderfluidet beliggende deri gjennom perforeringene. Det effektive tverrsnittet (A) til stempelet 2 er som konsekvens lik det effektive, radielle tverrsnittet av stempelstaven 2'. Det krevne fluidtrykket inne i sylinderen 1 sikres ved en enkel høytrykksakkumulator 5 som er i fluidkommunikasjon med sylinderen 1 via et høytrykksrør 8. Videre er akkumulatoren 5 typisk oppdelt i en høytrykksgassende 5' og en høytrykksfluidende 5" ved et flytende stempel 7, der høytrykksrøret 8 er koplet til høytrykksfluidenden 5', og dermed skaper den ønskede kompresjonen av fluidet i høytrykksfluidenden 5" ved den resulterende translasjonsbevegelsen av det flytende stempelet 7, idet en gassbank (ikke vist) er koplet i fluidkommunikasjon via et høytrykksgassrør 9 til høytrykksgassenden 5'.

Dobbeltvirkende: Figur 2B viser en alternativ hydraulisk sylinder i en strekkmaskin for stigerør av kjent teknikk; en dobbeltvirkende sylinder. Som for plungeren omfatter det dobbeltvirkende systemet en kompresjonssylinder 1 med et stempel 2,2',2", en høytrykksakkumulator 5,5',5", et flytende stempel 7, et høytrykksrør 8 og et høytrykksgassrør 9. I kontrast til plunger-arrangementet danner imidlertid stempelhodet 2" i en dobbeltvirkende sylinder en fluidtett separasjon med innerveggene til sylinderen 1, for dermed effektivt å dele opp sylinderen 1 i to gjensidig fluidtette kamre; et første sylinderkammer 1' og et andre sylinderkammer 1". Separasjonen kan oppnås ved å anordne én eller flere stempeltetninger 20 mellom innerveggen av sylinderen og omkretsen av stempelhodet 2". For å kunne være i stand til å styre trykket i det første sylinderkammeret 1', dvs. på stempelstav- 2'-siden, er en trykkilde slik som en lavtryldcsakkumulator 10 koplet i fluidkommunikasjon med det første sylinderkammeret 1' via en lavtrykksrør 11. På figur 2B er denne lavtryldcsakkumulatoren 10 illustrert som en delvis fluidfylt beholder hvori det innsettes en åpen ende av et lavtrykksfluidrør 11. Trykket som dannes i det første sylinderkammer 1' må være lavt nok til å unngå at trykkraften som settes opp i det andre sylinderkammeret 1" på grunn av den ovenfor nevnte høytrykksakkumulator 5,5',5" ikke er motvirket i vesentlig grad. For videre detaljer om dobbeltvirkende system, se for eksempel US 2008/0304916 Al. Strekkmaskinsystemer som anvender disse to typer av hydrauliske sylindre gir strekk på stigerør som dekker de to kapasitetsbehovene som er beskrevet over. Især kan plunger-typen og den dobbeltvirkende typen med godt resultat anvendes for lavkapasitetsbehov slik som brønnoverhaling eller produksjonstesting samt høykapasitetsbehov slik som prøveboring. Imidlertid er det, som indikert tidligere, et behov for et strekkmaskinsystem for stigerør som kan håndtere de ovenfor nevnte variasjoner av boreriggbehov uten å introdusere noe vesentlig driftsrisiko slik som materialtretthet på brønnhodet og/eller stigerøret.

Ulike strekkmaskinsystemer har blitt presentert som er i stand til å håndtere kapasitetsvariasjoner. Ett eksempel kan finnes i US 4'362'438 som beskriver en strekkmaskinsystem som har minst to hydrauliske sylindre som er koplet til det aktuelle stigerøret. Hensikten med løsningen beskrevet i US 4'362'438 er å refordele det totale trykket blant enhver av de gjenværende funksjonelle hydrauliske sylindrene for å opprettholde konstant stigerørstrekking i tilfelle uønskede trykkendringer slik svikt i én eller flere sylindre. Følgelig gir den ikke et system som vil tillate en endring mellom et stort system av høy kapasitet og et lite system med lav kapasitet. Et annet eksempel er publikasjon US 4351261 A som beskriver et hiv-kompenseringssystem som tilpasses forskjellige operasjoner med tilhørende forskjellige behov for lastutjevning ved hjelp av veksling mellom flere høytrykks-akkumulatorer. Men heller ikke denne løsningen vil tillate en endring mellom et stort system av høy kapasitet og et lite system med lav kapasitet.

Alle de ovenfor nevnte publikasjoner beskriver altså løsninger på problemer som avviker vesentlig fra problemet til den foreliggende oppfinnelse, dvs. å håndtere større kapasitetsvariasjoner grunnet forutsigbare endringer i boreriggbehovene.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en sylindersammenstilling for kopling til et strekkmaskinsystem for stigerør som overvinner de ovenfor nevnte ulemper, dvs. å tilveiebringe en stabil og lett driftbart strekkmaskinsammenstilling som kan sikre veksling mellom to fullt funksjonelle systemer, der hver fremviser strekkapasiteter som dekker ulike ender av det forhåndsberegnede kapasitetsområdet, for eksempel fra under 10 % og opp til 100 % av strekkbehovet for stigerørets strekkmaskin som er forventet i løpet av riggens estimerte levetid.

Sammendrag av oppfinnelsen

De ovenfor gitte formål oppnås ved implementering av konseptet å veksle mellom et system der en relativ liten mengde av fluider strømmer som resulterer i en korresponderende liten gasskompresjon, og et system der en relativt stor mengde av fluider strømmer som resulterer i en korresponderende stor fluidkompresjon.

Det oppfinneriske konseptet oppnås ved en hydraulisk sylinderenhet i følge krav 1 når den er koplet til et vaierline strekkmaskinsystem for stigerør. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for veksling av en hydraulisk sylinderenhet mellom en hydraulisk sylinderenhet med lave strekkapasiteter og en hydraulisk sylinderenhet med høye strekkapasiteter i følge krav 10, samt et vaierline strekkmaskinsystem for stigerør for et stigerør koplet til en flytende plattform i følge krav 11. Videre fordelaktige særtrekk er definert i de resterende avhengige krav.

Især angår oppfinnelsen en hydraulisk sylinderenhet for kopling til et strekkmaskinsystem for stigerør, omfattende - en stempelsylinder som er delt opp i et første sylinderkammer og et andre sylinderkammer ved minst ett stempel omfattende en stempelstav og et stempelhode,

- en lavtrykkstank,

- minst ett første rør eller lavtrykksrør som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom lavtrykkstanken og det første sylinderkammeret,

- et høytrykksfluidreservoar og

- minst ett andre rør (8) eller høytrykksrør som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom høytrykksfluidreservoaret og det andre sylinderkammeret.

Den oppfinneriske sylinderenheten omfatter videre

- minst ett tilbakeføringsrør som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom det første sylinderkammeret og det andre sylinderkammeret og - ventilinnretning som er arrangert ved det minst ene første rør og det minst ene tilbakeføringsrør for å tilveiebringe reversibel veksling mellom: en første konfigurasjon hvor ventilinnretning en hindrer fluidkommunikasjon mellom lavtrykkstanken og det første sylinderkammeret via det minst ene første rør, og som tillater fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og det andre sylinderkammeret via det i det minste ene tilbakeføringsrøret,

en andre konfigurasjon hvor ventil innretning en tillater fluidkommunikasjon mellom lavtrykkstanken og det første sylinderkammeret via det minst ene første røret, og forhindrer fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og det andre sylinderkammeret via det minst ene tilbakeføringsrøret.

Minst én av ventilene som utgjør ventilinnretning en er fortrinnsvis anordnet i det minst ene første rør og kan enten være en treveisventil eller minst to toveisventiler, eller en kombinasjon derav. I tilfellet med toveisventiler kan minst én ventil være anordnet i fluidkommunikasjon på det minst ene første røret og minst én ventil kan være anordnet i fluidkommunikasjon på det minst ene tilbakeføringsrøret.

Merk at det fins ingen begrensning i lengden av de ovenfor nevnte rør. Derfor dekker oppfinnelsen også utførelsesformen hvor sylinderen / tanken / reservoaret er anordnet i umiddelbar nærhet til hverandre slik at den ønskede fluidkommunikasjonen tillates.

Videre kan pistolstaven i én foretrukket utførelsesform være anordnet i det første sylinderkammeret.

For mottak av en stigerørs strekkabel for kopling to én ende av et stigerør under bruk anordnes minst én første skive eller øvre skive fortrinnsvis ved én av de to aksiale sidene til stempel sylinderen, samt at det anordnes minst én andre skive eller nedre skive ved den andre av de to aksiale sidene av stempelsylinderen. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er minst to første skiver og minst to andre skiver anordnet ved de to aksiale sidene av stempelsylinderen.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er høytrykksfluidreservoaret delt opp i et høytrykksgassende og en høytrykksfluidende ved et reservoarstempel, og der nevnte minst ene andre rør eller høytrykksrør tilveiebringer fluidkommunikasjonsmuligheter mellom høytrykksfluidenden og det andre sylinderkammeret. Dette reservoarstempelet kan være et flytende stempel.

Den foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for å veksle en hydraulisk sylinderenhet mellom en hydraulisk sylinderenhet som har egenskaper forenkler strekking av stigerør med lavstrekk-behov, for eksempel ved brønnoverhaling eller produksjonstesting, og en hydraulisk sylinderenhet som har egenskaper som forenkler strekking a stigerør med høystrekk-behov, for eksempel prøveboring. Det vil være åpenbart for en fagmann i feltet å forstå hva som anses å være lavstrekk-behov og hva som anses å være høystrekk-behov så fort boreoppdraget er avklart.

Den oppfinneriske fremgangsmåten omfatter to trinn:

- betjening av ventilinnretning en i en hydraulisk sylinderenhet i følge beskrivelsen gitt ovenfor slik at fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og det andre sylinderkammeret tillates via det minst ene tilbakeføringsrøret, og som samtidig forhindrer fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og lavtrykkstanken, og - betjening av ventilinnretningen i en hydraulisk sylinderenhet i følge beskrivelsen gitt ovenfor slik at fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og det andre sylinderkammeret forhindres, og som samtidig tillater fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og lavtrykkstanken. I førstnevnte trinn og i sistnevnte trinn er den hydrauliske sylinderenheten konfigurert som en enhet med henholdsvis lavstrekk-kapasiteter (plunger) og høystrekk-kapasiteter (dobbeltvirkende).

Oppfinnelsen angår også et vaierline strekkmaskinsystem egnet for stigerør som er koplet til en flytende plattform. Det oppfinneriske systemet omfatter flere separat betjente hydrauliske sylindersammenstillinger omfattende minst én hydraulisk sylinderenhet i følge beskrivelsen gitt ovenfor. Under bruk kan de flere sammenstillinger koples til et stigerør ved minst én egnet stigerørstrekkabel, som for eksempel er fremstilt av vaier eller fibertau. Trykket tilført det andre sylinderkammeret via høytrykksfluidreservoaret er automatisk justert som en respons til den stigerørinduserte kraften på sylinderstempelet som forårsakes av bevegelsen til den flytende plattformen, for derved å sikre en nær geostasjonær stigerørsposisjonering. Minst én av de separat betjente hydrauliske sylindersammenstillinger omfatter fortrinnsvis minst to hydrauliske sylinderenheter i følge beskrivelsen gitt ovenfor.

I den følgende beskrivelse er flere spesifikke detaljer presentert for å gi en grundig forståelse av utførelsesform er til det krevne apparatet. En fagmann i det relevante feltet vil imidlertid forstå at disse utførelsesformene kan praktiseres uten én eller flere av de spesifikke detaljer, eller med andre bestanddeler, systemer etc. Ved andre tilfeller er godt kjente strukturer eller funksjoner ikke vist, eller ikke beskrevet i detalj, for å unngå å skjule aspekt ved de fremsatte utførelsesformer.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et perspektivriss av et vaierline strekkmaskinsystem for stigerør som omfatter flere hydrauliske sylindersammenstillinger i følge kjent teknikk. Figur 2A og 2B viser utsnitt av hydraulisk sylinderenheter av henholdsvis type plunger og dobbeltvirkende i følge kjent teknikk. Figur 3 viser et utsnitt av en hydraulisk sylinderenhet med flerkapasitetsegenskaper i følge oppfinnelsen. Figur 4 viser et utsnitt av en oppfinnerisk hydraulisk sylinderenhet av typen illustrert på figur 3 med tilknyttede skiver for mottak av kabler til stigerørsstrekkmaskin.

Detaljert beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et perspektivriss av en vaierline strekkmaskinsystem 30 for stigerør i følge kjent teknikk, omfattende totalt åtte hydrauliske sylindersammenstillinger 200 eller strekkmaskinenheter (korresponderende til totalt seksten hydrauliske sylinderenheter) som gir radielt symmetrisk strekk på et stigerør 40. I denne særskilte utførelsesformen har hver av sammenstillingene 200 to hydrauliske sylinderenheter 100 anordnet mellom to par av skiver 3,4, hvor det er ført inn et sett av stigerørsstrekkabler 15 (vaierkabler eller andre fleksible strekkliner) som har egenskaper som er egnet for en slik anvendelse med den hensikt å forbedre kraft- og lengdeutvekslingen i systemet så vel som å gi pålitelig kabelstyringsmidler. På figuren er kabelsettet 15 innført i det øvre skiveparet 3 og er ført ut i det nedre skiveparet 4. I tillegg er det anordnet én eller flere tredje skiver eller nedbrettsskiver 41 med den hensikt å videre forbedre kraftutvekslingen, så vel som å re-orientere kablene 15 i en retning mot en stigerørstrekkmaskinring 45 koplet rundt det aktuelle stigerøret 40, og der kablene 15 er festet til ringen 45. Ved anvendelse danner enhver bevegelse av den flytende plattformen (ikke vist), der strekkmaskinsystemet 30 for stigerør er installert, en kraft på stigerøret 40 som (via den tilknyttede stigerørstrekkmaskinringen 45) resulterer i et kabelstrekk som korresponderer til kraften på sylinderstempelet 2 i den trykksatte hydrauliske sylinderen 1. For eksempel, dersom plattformen eller fartøyet heves oppover, tvinger strekket i settet av stigerørsstrekkabler 15 sylinderstempelet 2 nedover, noe som igjen tvinger det høytrykkssatte hydrauliske fluidet ut av den nedre enden 1" i den hydrauliske sylinderen 1 og inn i høytrykksakkumulatoren 5 (se figur 2-4). Omvendt, dersom plattformen eller fartøyet senkes nedover, tvinger høytrykksakkumulatoren ytterligere hydraulisk fluid inn i den nedre ende 1" av den hydrauliske sylinderen 1, for dermed å tvinge sylinderstempelet 2 oppover for å opprettholde strekket i settet av stigerørsstrekkabler 15. Resultatet er en nær geostasjonær stigerørsposisjonering av stigerøret 40. Ordet «nær» betyr enhver bevegelse av stigerøret som anses å være innenfor et akseptabelt område for kontinuerlig drift.

I dag er disse typer av vaierline strekkmaskiner for stigerør tilvirket i et bredt spekter av konstruksjonslaster. Typiske kapasiteter for hver hydraulisk sylindersammenstilling er 100 kip, 125 kip, 160 kip, 200 kip, 225 kip, 250 kip og 285 kip, noe som tilsvarer 445 kN, 556 kN, 712 kN, 890 kN, 1001 kN, 1112 kN og 1268 kN uttrykt i SI-enheter, og typisk antall hydrauliske sylindersammenstillinger i et strekkmaskinsystem er åtte, tolv eller seksten.

For å tillate en spesiell strekk på et stigerør i et system som utgjør et antall av sammenstillinger med en viss konstruksjonslast (for eksempel åtte sammenstillinger ganger 100 kip (445 kN)) kan man i prinsippet kombinere et annet vaierline strekkmaskinsystem som har en annen konfigurasjon (for eksempel åtte ganger 250 kip (1112 kN)). I praksis er imidlertid slike systemer aldri implementert.

Generelt er størrelsen og antallet valgt basert på det maksimale design-behov. For eksempel, dersom man velger et system med seksten ganger 225 kip (1001 kN) er brukeren i realiteten begrenset til den resulterende kapasiteten til den særskilte størrelsen gjennom hele levetiden til systemet. Å redusere antall anvendte sylindere har vist seg å være upraktisk siden det vil gjøre det nødvendig å gå inn i moonpool i åpen sjø for å kunne kople av stigerørsstrekkabler. I tillegg til å være både tidskrevende og dyrt anses en løsning som innbefatter å la noen av kablene være opphengt ustøttet inne i moonpooFen å være svært uønsket grunnet økt risiko for skade på nærliggende utstyr og de aktuelle kablene.

På figurene 2A og 2B er det vist utsnitt av en hydraulisk sylinderenhet 100 som danner en del av den ovenfor beskrevne hydrauliske sylindersammenstillingen 200 for henholdsvis type plunger og type dobbeltvirkende. Mer spesifikt, sylinderen eller tønnen 1 illustrert i figur 2 er satt i fluidkommunikasjon ved dens nedre ende (stempelhodeende) med en høytrykksakkumulator 5, som igjen er trykksatt ved en egnet gassbank (ikke vist). Videre omfatter høytrykksakkumulatoren 5 i denne særskilte utførelsesformen et flytende stempel 7 som er glidbart innsatt i akkumulatoren 5, for derved å dele akkumulatoren 5 inn i en høytrykksgassende 5' og en høytrykksfluidende 5". En gass med relativt høyt trykk (for eksempel nitrogen eller tørrluft på mellom 2000-2500 psi) er tilført fra gassbanken til høytrykksgassenden 5' av akkumulatoren 5 via et høytrykksgassrør 9, for derved å drive det hydrauliske fluidet beliggende i høytrykksfluidenden 5" mot den nedre ende eller stempelhodesiden 1" av sylinderen 1. Som et resultat presses sylinderstempelet 2 oppover i sylinderen 1, og følgelig tilveiebringer det ønskede strekket på det aktuelle stigerøret 40. For å gjøre translasjonsbevegelsen av stempelet 2 mulig er det i det særskilte arrangementet av kjent teknikk illustrert på figur 2A essensielt at fluider anordnet på hver side av stempelhodet 2" kan flyte fritt mellom de to sylinderkamrene l',l". Stempelhodet 2" bør derfor fremstilles av én eller flere gjennomgående perforeringen 6 for å sikre den ønskede fluidkommunikasjonen og dermed trykkutligningen som indikert på figur 2A med bokstaven P.

Den hydrauliske sylinderenheten vist på figur 2B (dobbeltvirkende) er konfigurert på en lignende måte som den vist på figur 2A (plunger). Imidlertid avviker grunnkonfigurasjonen av den dobbeltvirkende sammenlignet med plunger på to vesentlige måter: - det er ingen fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret (stempelstavsiden) 1' og det andre sylinderkammeret (stempelhodesiden) 1", og - i tillegg til den fluidkommuniserende høytrykksakkumulatoren 5 forbundet til sylinderens 1 nedre ende (stempelhodesiden 1") er den øvre ende

(stempelstavsiden 1') satt i fluidkommunikasjon med en lavtrykkstank 10 via et første rør eller lavtrykksfluidrør 11.

Konsekvensen av det førstnevnte avvikende særtrekket er blant annet at det dannes en lavtrykkssone og en høytrykkssone inne i henholdsvis det første sylinderkammeret 1' og det andre sylinderkammeret 1" siden det er ingen mulighet for trykkutligning over stempelhodet 2". Videre er konsekvensen for det sistnevnte avvikende særtrekket at et trykk i det første sylinderkammer 1' er lik det rådende trykket i lavtrykkstanken 10, eller i den delen av lavtrykkstanken 10 som er i direkte fluidkommunikasjon med kammeret 1'. På figur 2B er lavtrykkstanken 10 illustrert som en sylinder som er delvis fylt med et tankfluid 12, hvori den frie enden av lavtrykksfluidrøret 11 er innsatt. På figur 2B er det også illustrert stempeltetninger 20 anordnet på omkretsen av stempelhodet 2" for å tillate fluidtett translasjonsbevegelser langs innerveggene til sylinderen 1. Vanligvis er det ikke behov for indre smøring av stempelhodet 2" siden det hydrauliske fluidet som fyller sylinderen 1 tillater tilstrekkelig smøring. Imidlertid kan man tenke seg andre utførelsesformer som inkluderer tilegnet stempelsmøring.

Figur 3 viser den hydrauliske sylinderenheten 100 i følge oppfinnelsen, der prinsippene for den hydrauliske sylinderenheten illustrert på figur 2A og prinsippene for den hydrauliske sylinderenheten illustrert på figur 2B er kombinert. Sylinderen eller tønnen 1 vist på figur 3 er, på en lignende måte som for løsningen vist for både figur 2A og 2B, satt i fluidkommunikasjon ved dens nedre ende 1" (stempelhodeside) med en høytrykksakkumulator 5 ved anvendelse av et andre rør eller høytrykksfluidrør 8. Akkumulatoren er trykksatt ved en egnet gassbank (ikke vist), typisk ved et ytterligere høytrykksgassrør 9 anordnet ved den motsatte aksiale ende av akkumulatoren 5 relativt til høytrykksfluidrøret 8. Som for løsningen vist på figur 2B er videre den øvre ende (stempelstavsiden) 1' av sylinderen 1 satt i fluidkommunikasjon med en nedre trykktank 10 ved anvendelse av et første rør eller lavtrykksfluidrør 11.

Høytrykksakkumulatoren 5 omfatter i denne særskilte utførelsesformen et flytende stempel 7 som er glidbart ført inn i akkumulatoren, for derved å dele akkumulatoren 5 inn i en høytrykksgassende 5' og en høytrykksfluidende 5". En gass, eksempelvis nitrogen eller tørrluft, tilføres ved et relativt høyt trykk (for eksempel mellom 2000-2500 psi) fra gassbanken til høytrykksgassenden 5' til akkumulatoren 5, for derved å drive det hydrauliske fluidet arrangert i høytrykksfluidenden 5" gjennom høytrykksfluidrøret 8 og mot stempelhodesiden av stempelet 2. Resultatet er en oppadgående bevegelse av stempelet 2 inne i sylinderen 1, noe som gir den ønskede strekkingen av stigerøret 40 via de korresponderende stigerørsstrekkabler 15. Merk at trykket fra gassbanken kan variere vesentlig fra det ovenfor indikerte området. I dag er et typisk øvre lastområde for strekkmaskinsystemer for stigerør på rundt 3000 psi. Imidlertid kan man tenke seg høyere lastområder på for eksempel 4000-5000 psi. Likeledes kan det minimale trykk være på noen få hundre psi, for eksempel 200 psi.

Stempelhodet 2" som deler sylinderkammeret 1 opp i det første sylinderkammer (stempelstavside) 1' og det andre sylinderkammer (stempelhodeside) 1" er utviklet til å opprettholde en fluidtett separasjon mellom de to kamrene l',l", fortrinnsvis ved å anordne én eller flere tetninger 20 på omkretsen av stempelhodet 2" for å tillate kontinuerlig kontakt med innerveggen av sylinderen 1 i løpet av stempelglidningen.

Den øvre ende (stempelstavsiden) 1' er satt i fluidkommunikasjon med lavtrykkstanken 10 ved lavtrykksfluidrøret 11. På figur 3 er lavtrykkstanken 10 illustrert som en sylinder som er delvis fylt med en tankfluid 12 hvori den frie enden av lavtrykksfluidrøret 11 er innsatt. Imidlertid vil en fagperson forstå at enhver lavtrykkstank som har det ønskede (eller mulighet til å skape det ønskede) trykket kan benyttes.

Konfigurasjonen av sammenstillingen på figur 3 avviker fra de hydrauliske sylinderenhetene vist på figur 2A og 2B på to prinsipielle måter: et tilbakeføringsrør 13 er anordnet for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom det første sylinderkammer 1' (her via lavtrykksfluidrøret 11) og det andre sylinderkammeret 1", og - én eller flere ventiler 14 er anordnet i tilbakeføringsrøret 13 (her beliggende mellom tilbakeføringsrøret 13 og lavtrykksfluidrøret 11) for å gjøre reversibel veksling mellom de følgende alternative måter mulig: - å tillate fluidstrøm fra lavtrykkstanken 10 til det første sylinderkammeret 1' her via lavtrykksfluidrøret 11) og samtidig hindre fluidstrøm fra det første sylinderkammer 1' til det andre sylinderkammer 1" og - å tillate fluidstrøm fra det første sylinderkammer 1' til det andre sylinderkammer 1" via tilbakeføringsrøret 13, og samtidig hindre fluidstrøm fra lavtrykkstanken 10 til det første sylinderkammer 1.

Det oppnås dermed reversibel veksling mellom de to intrinsike kapasitetspotensialer fra de to separate systemene plunger (figur 2 A) og dobbeltvirkende (figur 2 B).

Trykkapplikasjonen fra høytrykksakkumulatoren 5, så vel som fluidtrykket fra lavtrykkstanken 10, kan styres ved konvensjonelle styremekanismer slik som ventiler (ikke vist) betjent fra et kontrollpanel beliggende på et plattforms- / fartøysdekk. Likeledes kan overtrykksavlastning for høytrykksakkumulatoren 5 og lavtrykkstanken 10 tilveiebringes ved konvensjonelle «pop-off»-trykkbegrensningsventiler (ikke vist), noe som er kjent innen feltet.

I et system for strekkmaskiner for stigerør er de to langsgående endene av hver sylinder 1 begge normalt utstyrt med sammenstillinger av skiver 3,4. I den særskilte utførelsesformen vist på figur 4 og 1 er to skivepar anvendt, noe som resulterer i et utvekslingsforhold på 1:4 relativt til vaierkraften, og et 4:1 utvekslingsforhold av vaierlengden. En typisk størrelse benyttet i industrien er en sylinderlengde på 3,8 meter og som har ca. 15 meter vandrelengde på vaier.

Reference list:

Claims (12)

1. Hydraulisk sylinderenhet (100) for kopling til et vaierline strekkmaskinsystem (30) for stigerør, omfattende - en hydraulisk sylinder (1) som er delt opp i et første sylinderkammer (1') og et andre sylinderkammer (1") ved minst ett sylinderstempel (2) omfattende en stempelstav (2') og et stempelhode (2"), - en lavtrykkstank (10), - minst ett første rør (11) som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom lavtrykkstanken (10) og det første sylinderkammeret (1'), - et høytrykksfluidreservoar (5) og - minst ett andre rør (8) som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom høytrykksfluidreservoaret (5) og det andre sylinderkammeret (1"), karakterisert vedat sylinderenheten (100) videre omfatter - minst ett tilbakeføringsrør (13) som er arrangert for å tilveiebringe fluidkommunikasjonsmulighet mellom det første sylinderkammer (1') og det andre sylinderkammer (1"), og - ventilinnretning (14) som er arrangert for å tilveiebringe reversibel veksling mellom de følgende alternative konfigurasjoner: - fluidhindring mellom lavtrykkstanken (10) og det første sylinderkammer (1') og fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammer (1') og det andre sylinderkammer (1") via det i det minste ene tilbakeføringsrør (13), og - fluidhindring mellom det første sylinderkammer (1') og det andre sylinderkammer (1") og fluidkommunikasjon mellom lavtrykkstanken (10) og det første sylinderkammer (1') via det i det minste ene første rør (11).

2. Hydraulisk sylinderenhet (100) i følge krav 1,karakterisert vedat minst én av ventilene som utgjør ventilinnretningen (14) er arrangert i det minst ene første rør (11).

3. Hydraulisk sylinderenhet (100) i følge ett av de foregående krav,karakterisert vedat ventilinnretningen (14) omfatter en treveisventil.

4. Hydraulisk sylinderenhet (100) i følge ett av de foregående krav,karakterisert vedat ventilinnretningen (14) omfatter minst én ventil (14) arrangert i fluidkommunikasjon på det minst ene første rør (11) og minst én ventil (14) arrangert i fluidkommunikasjon på det minst ene tilbakeføringsrør (13).

5. Hydraulisk sylinderenhet (100) i følge én av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte pistolstav (2') er anordnet i det første sylinderkammer (1').

6. Hydraulisk sylinderenhet (100) ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat sylinderenheten (100) videre omfatter minst én første skive (3) som er anordnet ved én av de to aksiale sidene til det første sylinderkammeret (1) og minst én andre skive (4) som er anordnet ved den andre av de to aksiale sidene til det første sylinderkammeret (1), idet skivene (3,4) er konfigurert for å motta en stigerørstrekkmaskinkabel (15) som kan koples til én ende av et stigerør (40) ved bruk.

7. Hydraulisk sylinderenhet (100) ifølge ett av kravene 1-5,karakterisertved at sylinderenheten (100) videre omfatter minst to første skiver (3) som er anordnet ved én av de to aksiale sider til det første sylinderkammeret (1) og minst to andre skiver (4) som er anordnet ved den andre av de to aksiale sider til det første sylinderkammeret (1), idet skivene (3,4) er konfigurert for å motta en stigerørstrekkmaskinkabel (15) som kan koples til én ende av et stigerør (40) ved bruk.

8. Hydraulisk sylinderenhet (100) ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat høytrykksfluidreservoaret (5) er delt opp i en høy trykksgas sende (5') og en høytrykk sfluidende (5") ved et reservoarstempel (7), idet høytrykksfluidenden (5") er anordnet i fluidkommunikasjon med det andre sylinderkammeret (1") ved det minst ene andre rør (8).

9. Hydraulisk sylinderenhet (100) ifølge krav 8,karakterisert vedat reservoarstempelet (7) er av type flytende stempel (7).

10. Fremgangsmåte for å veksle en hydraulisk sylinderenhet (100) mellom en hydraulisk sylinderenhet som har lavstrekk-kapasiteter og en hydraulisk sylinderenhet som har høystrekk-kapasiteter, karakterisert ved- betjening av ventilinnretningen (14) i en hydraulisk sylinderenhet (100) i følge ett av kravene 1-9 slik at fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret (1') og det andre sylinderkammeret (1") tillates via det minst ene tilbakeføringsrøret (13), og som samtidig forhindrer fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret og lavtrykkstanken (10), for å tilveiebringe en hydraulisk sylinderenhet (100) med lavstrekk-kapasiteter, og - betjening av ventilinnretningen (14) i en hydraulisk sylinderenhet (100) i følge ett av kravene 1-9 slik at fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret (1') og det andre sylinderkammeret (1") forhindres, og som samtidig tillater fluidkommunikasjon mellom det første sylinderkammeret (1') og lavtrykkstanken (10), for å tilveiebringe en hydraulisk sylinderenhet (100) med høystrekk-kapasiteter.

11. Vaierline strekkmaskinsystem (30) egnet for stigerør (40) som er koplet til en flytende plattform,karakterisert vedat systemet (30) omfatter flere separat betjente hydrauliske sylindersammenstillinger (200) satt sammen av minst én hydraulisk sylinderenhet (100) i følge ett av kravene 1-9, idet nevnte flere sammenstillinger (200) er koplet til et stigerør (40) ved minst én stigerørstrekkabel (15) ved bruk, der trykket tilført det andre sylinderkammeret (1") via høytrykksfluidreservoaret (5) er automatisk justert som en respons til den stigerørinduserte kraften på sylinderstempelet (1) forårsaket av bevegelsen til den flytende plattformen, for derved å sikre en nær geostasjonær stigerørsposisjonering.

12. Strekkmaskinsystem for stigerør i følge krav 11,karakterisert vedat minst én av de separat betjente hydrauliske sylindersammenstillinger (200) omfatter minst to hydrauliske sylinderenheter (100) i følge ett av kravene 1-9.