NO20110537A1

NO20110537A1 - Device for operations in an underwater installation

Info

Publication number: NO20110537A1
Application number: NO20110537A
Authority: NO
Inventors: Gunnar Sunde
Original assignee: Oilfield Technology Group As
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-08
Also published as: GB2504864A; US20140060847A1; NO333245B1; GB201317875D0; GB2504864A8; WO2012138230A1

Description

ANORDNING FOR OPERASJONER VED EN UNDERVANNSINSTALLASJON DEVICE FOR OPERATIONS AT AN UNDERWATER INSTALLATION

Oppfinnelsen vedrører en manipulatoranordning for å betjene en undervannsinstallasjon og dennes prosessutstyr. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en manipulatoranordning som er permanent installert på en undervannsinstallasjon for å kunne utføre undervannsinspeksjon, vedlikehold, modifikasjonsarbeid og overvåking av undervannsinstallasjonen og dens prosessutstyr. The invention relates to a manipulator device for operating an underwater installation and its process equipment. More specifically, the invention relates to a manipulator device which is permanently installed on an underwater installation to be able to carry out underwater inspection, maintenance, modification work and monitoring of the underwater installation and its process equipment.

Petroleumsindustrien anvender et økende antall fjernstyrte undervannsinstallasjoner for utvinning av olje og gass. Disse er til dels plassert på store havdyp. For å kunne utføre inspeksjon, vedlikehold og reparasjonsarbeid på slike installasjoner, samt bistå ved brønnintervensjoner, det vil si arbeid som skal utføres nede i brønnen, brukes det intervensjonsfartøy. Til hjelp i slikt arbeid anvendes det også fjernstyrte farkoster, såkalte ROV-er, som fjernstyres av en operatør fra et moderskip på overflaten. Inter-vensjon sf a rtøyet kan også være moderfartøy for ROV-en. Moderskipet med ROV må mobiliseres til riktig sted, det tar tid å styre ROV-en fra overflaten og ned og i retur, og værforholdene kan være dårlige slik at moderskipet/intervensjonsfartøyet blir lig-gende og vente. Dette kan gi flere typer operasjonelle avvik og økt risiko. Arbeid som skal utføres på slike installasjoner kan derfor ta uheldig lang tid i forhold til tilgjengeli-ge værvinduer med de ekstrakostnader dette medfører. Problemet forsterkes av at det typisk er mangel på tilpassede intervensjonsfartøyer til å betjene undervannsinstallasjoner av denne type. Alternativ teknologi som sterkt bidrar til å redusere fartøytid på den enkelte installasjon vil derfor være både kostnads- og risikoreduserende. The petroleum industry uses an increasing number of remotely controlled underwater installations for the extraction of oil and gas. These are partly located at great ocean depths. In order to be able to carry out inspection, maintenance and repair work on such installations, as well as assist with well interventions, i.e. work to be carried out down the well, intervention vessels are used. To help in such work, remotely controlled vessels, so-called ROVs, are also used, which are controlled remotely by an operator from a mother ship on the surface. The intervention vessel can also be the mother vessel for the ROV. The mother ship with the ROV must be mobilized to the right place, it takes time to steer the ROV from the surface down and back, and the weather conditions can be bad so that the mother ship/intervention vessel is lying down and waiting. This can result in several types of operational deviations and increased risk. Work to be carried out on such installations can therefore take an unluckily long time in relation to available weather windows with the additional costs this entails. The problem is exacerbated by the fact that there is typically a lack of adapted intervention vessels to service underwater installations of this type. Alternative technology that strongly contributes to reducing vessel time on the individual installation will therefore be both cost- and risk-reducing.

Arbeidsoppgaver som utføres av en ROV i samband med brønnintervensjoner på en undervannsinstallasjon, kan foreksempel være å klargjøre undervannsinstallasjonen før brønnintervensjonsverktøyet føres ned fra intervensjonsfartøyet og til brønnhodet. Slikt arbeid kan omfatte å åpne luker i undervannsinstallasjonen over brønnhodet, stenge av ventiler og åpne opp for ventiler. Tilsvarende arbeid, men i motsatt rekke-følge, kan utføres etter at brønnintervensjonen er ferdig. ROV-en anvendes også til å utføre undervannsinspeksjon, vedlikehold, modifikasjonsarbeid og overvåking, innen faget betegnet som subsea inspection, maintenance, modifications, surveillance, av undervannsinstallasjonen og dens prosessutstyr. Tasks carried out by an ROV in connection with well interventions on an underwater installation can, for example, be preparing the underwater installation before the well intervention tool is brought down from the intervention vessel and to the wellhead. Such work may include opening hatches in the subsea installation above the wellhead, shutting off valves and opening up valves. Similar work, but in the opposite order, can be carried out after the well intervention has been completed. The ROV is also used to carry out underwater inspection, maintenance, modification work and surveillance, in the field known as subsea inspection, maintenance, modifications, surveillance, of the underwater installation and its process equipment.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or to reduce at least one of the disadvantages of known technology, or at least to provide a useful alternative to known technology.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved by features that are stated in the description below and in subsequent patent claims.

Oppfinnelsen vedrører en manipulatoranordning ved en sjøbunnsposisjonert undervannsinstallasjon, hvor undervannsinstallasjonen omfatter prosessutstyr, og hvor undervannsinstallasjonen ytterligere omfatter i det minste én føring forsynt med manipulatoranordningen og manipulatoranordningens basis er bevegelig anordnet til føringen. The invention relates to a manipulator device at a seabed positioned underwater installation, where the underwater installation comprises process equipment, and where the underwater installation further comprises at least one guide provided with the manipulator device and the base of the manipulator device is movably arranged to the guide.

Manipulatoranordningens basis kan være løsbart fastgjort til føringen. Føringen kan utgjøres av i det minste ett langstrakt føringselement. The base of the manipulator device may be releasably attached to the guide. The guide can consist of at least one elongate guide element.

Undervannsinstallasjonen kan ytterligere omfatte en ramme innrettet til å kunne beskytte undervannsinstallasjonen. Føringen kan være fastgjort til rammens i bruksstilling øvre parti. The underwater installation can further comprise a frame designed to be able to protect the underwater installation. The guide can be attached to the upper part of the frame in the use position.

Manipulatoranordningen kan forsynes med energi fra undervannsinstallasjonens energikilde. Manipulatoranordningen kan være forsynt med kommunikasjonsmidler innrettet til å kunne fjernstyre manipulatoranordningen. The manipulator device can be supplied with energy from the underwater installation's energy source. The manipulator device can be provided with communication means designed to be able to remotely control the manipulator device.

Oppfinnelsen vedrører også en undervannsinstallasjon innrettet til å kunne posisjoneres på en sjøbunn, hvor undervannsinstallasjonen kan omfatte prosessutstyr, og hvor undervannsinstallasjonen omfatteren føring og en manipulatoranordning som beskre-vet ovenfor. The invention also relates to an underwater installation arranged to be able to be positioned on a seabed, where the underwater installation may comprise process equipment, and where the underwater installation comprises guidance and a manipulator device as described above.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en skjematisk tegnet undervannsinstallasjon posisjonert på en havbunn hvor undervannsinstallasjonen er forsynt med en manipulatoranordning i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser sett ovenfra et forenklet skjematisk riss av en undervannsinstalla-sjons øvre rammeparti og med to manipulatoranordninger posisjonert i en alternativ utførelse i forhold til den som er vist i figur 1; In what follows, an example of a preferred embodiment is described which is illustrated in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a perspective view of a schematically drawn underwater installation positioned on a seabed where the underwater installation is provided with a manipulator device according to the invention; Fig. 2 shows, seen from above, a simplified schematic diagram of an underwater installation's upper frame part and with two manipulator devices positioned in an alternative embodiment compared to that shown in Fig. 1;

Fig. 3 viser en alternativ utførelse i forhold til figur 2; og Fig. 3 shows an alternative embodiment compared to Fig. 2; and

Fig. 4 viser en ytterligere alternativ utførelse i forhold til figur 2. Fig. 4 shows a further alternative embodiment compared to Fig. 2.

På figurene angir henvisningstallet 1 en manipulatoranordning i henhold til oppfinnelsen. En undervannsinstallasjon 2 som er posisjonert på en sjøbunn 9, omfatter en ramme 20. Rammen 20 omgir ett eller flere prosessutstyr 3. Rammen 20 er i sitt øvre parti 21 forsynt med en langstrakt føring 4. Manipulatoranordningen 1 omfatter en basis 10 som er løsbart fastgjort til føringen 4 og innrettet til å kunne beveges langs føringen 4 i dennes lengderetning slik det er antydet med en åpen dobbelpil i figurene 2-4. In the figures, the reference number 1 denotes a manipulator device according to the invention. An underwater installation 2 which is positioned on a seabed 9 comprises a frame 20. The frame 20 surrounds one or more process equipment 3. The frame 20 is provided in its upper part 21 with an elongated guide 4. The manipulator device 1 comprises a base 10 which is detachably attached to the guide 4 and arranged to be able to be moved along the guide 4 in its longitudinal direction as indicated by an open double arrow in figures 2-4.

Manipulatoranordningens 1 basis 10 er av for så vidt kjent type og kan utgjøres av en sokkel eller en transportvogn. Basisen 10 er forsynt med en arm 11. I armens 11 frie endeparti 13 er armen 11 forsynt med et håndledd 15 og en verktøyholder 17 som er fastgjort til håndleddet 15. Basisen 10 og/eller armen 11 er dreibart anordnet i forhold til føringen 4 slik det er antydet med buet dobbelpil i figurene 2-4. Armen 11 kan være leddet og dreibart fastgjort til basisen 10. Armen 11 kan være sammensatt av flere enheter slik som for eksempel en to-leddet arm 11 med en proksimal arm og en distal arm. Armen 11 kan også være en tre-leddet arm 11 med en proksimal arm, en midtre arm og en distal arm. Armen 11 kan være innrettet til å kunne foldes sammen slik at armens 11 sammenfoldete lengde tilsvarer lengden til den lengste av den distale, midtre eller proksimale armen. Ved å dreie armens 11 enheter relativt til hverandre og til basisen 10, kan verktøyholderen 17 forflyttes fram og tilbake i forhold til basisen 10 som vist med rett dobbelpil i figurene 2-4. Verktøyholderen 17 kan også forflyttes opp og ned i forhold til basisen 10. Armen 11 kan dermed forflytte verktøyholderen langs x-y-z aksene. Håndleddet 15 kan være anordnet til å dreie verktøyholderen 17 i forhold til én, to eller tre akser på for så vidt kjent måte. I figurene er basisen 10, armen 11, håndleddet 15 og verktøyholderen 17 kun vist skjematisk. The base 10 of the manipulator device 1 is of a known type and can consist of a base or a transport trolley. The base 10 is provided with an arm 11. In the free end portion 13 of the arm 11, the arm 11 is provided with a wrist 15 and a tool holder 17 which is attached to the wrist 15. The base 10 and/or the arm 11 is rotatably arranged in relation to the guide 4 as follows it is indicated by a curved double arrow in figures 2-4. The arm 11 can be articulated and rotatably attached to the base 10. The arm 11 can be composed of several units such as, for example, a two-jointed arm 11 with a proximal arm and a distal arm. The arm 11 can also be a three-jointed arm 11 with a proximal arm, a middle arm and a distal arm. The arm 11 can be arranged to be folded so that the folded length of the arm 11 corresponds to the length of the longest of the distal, middle or proximal arms. By turning the arm 11 units relative to each other and to the base 10, the tool holder 17 can be moved back and forth in relation to the base 10 as shown with a straight double arrow in figures 2-4. The tool holder 17 can also be moved up and down in relation to the base 10. The arm 11 can thus move the tool holder along the x-y-z axes. The wrist 15 can be arranged to rotate the tool holder 17 in relation to one, two or three axes in a manner known to the extent known. In the figures, the base 10, the arm 11, the wrist 15 and the tool holder 17 are only shown schematically.

En undervannsinstallasjon 2 av denne typen er kjent fra og anvendes i petroleumsindustrien. Prosess utstyret 3 kan omfatte brønnhoder med produksjonsventiler, strupe-ventiler, avstengingsventiler og utblåsningsventiler. Prosessutstyret 3 kan også omfatte separasjonsutstyr, kompressorer og pumper. Prosessutstyret 3 kan være forsynt med en egen bunnfast struktur (ikke vist) og som omgis av en ramme 20, eller prosessutstyret 3 kan være fastgjort til rammen 20 som vist i figur 1. Rammen 20 gir beskyttelse for prosessutstyret 3 mot for eksempel skader som kan påføres fra en trål. Rammen 20 kan forsynes med en trålbeskytter 23, noe som gjør at undervannsinstallasjonen 2 kan være overtrålbar når undervannsinstallasjonen er plassert på dybder hvor det forekommer tråling. Rammens 20 øvre parti 21 kan være forsynt med luker 25 som vist på figur 1. Disse lukene 25 er utelatt på de skjematiske figurene 2-4. Lukene 25 kan være hengslet til det øvre partiet 21, og manipulatoranordningen 1 med sin arm 11 og verktøy plassert i verktøyholderen 17, kan åpne og lukke lukene 25 fra innsiden av rammen 20. An underwater installation 2 of this type is known from and is used in the petroleum industry. The process equipment 3 may comprise wellheads with production valves, throttle valves, shut-off valves and blow-out valves. The process equipment 3 may also include separation equipment, compressors and pumps. The process equipment 3 can be provided with a separate fixed structure (not shown) and which is surrounded by a frame 20, or the process equipment 3 can be attached to the frame 20 as shown in Figure 1. The frame 20 provides protection for the process equipment 3 against, for example, damage that can applied from a trawl. The frame 20 can be provided with a trawl protector 23, which means that the underwater installation 2 can be overtrawled when the underwater installation is placed at depths where trawling occurs. The upper part 21 of the frame 20 can be provided with hatches 25 as shown in figure 1. These hatches 25 are omitted in the schematic figures 2-4. The hatches 25 can be hinged to the upper part 21, and the manipulator device 1 with its arm 11 and tools placed in the tool holder 17, can open and close the hatches 25 from the inside of the frame 20.

Føringen 4 i rammens 20 øvre parti 21 kan omfatte ett føringselement 40 som vist i figur 2 og 4. I en alternativ utførelse kan føringen 4 omfatte to føringselement 40, 40' side om side som vist i figur 1 og 3. Rammen 20 kan også være forsynt med to fø-ringer 4 som vist i figur 2. Manipulatoranordningens 1 basis 10 er løsbart og bevegelig fastgjort til føringen 4 med for eksempel en løpekatt (ikke vist) av for så vidt kjent type som er innrettet til å føres langs ett føringselement 40 eller i et føringselement 40, som for eksempel en profilert skinne. Basisen 10 kan i en alternativ utførelse være forsynt med en vogn (ikke vist) som løper langs to føringselement 40, 40'. Manipulatoranordningen 1 kan være innrettet til å kunne løsgjøres fra føringen 4 ved hjelp av for eksempel en fjernstyrt undervannsfarkost, en såkalt ROV. Deretter bringer ROV-en manipulatoranordningen 1 opp til overflaten slik at det skal kunne utføres for eksempel inspeksjon, vedlikehold, reparasjon og/eller modifikasjon av manipulatoranordningen 1. Manipulatoranordningen 1 kan deretter settes på plass i undervannsinstallasjonen 2 ved hjelp av en ROV. The guide 4 in the upper part 21 of the frame 20 can comprise one guide element 40 as shown in figures 2 and 4. In an alternative embodiment, the guide 4 can comprise two guide elements 40, 40' side by side as shown in figures 1 and 3. The frame 20 can also be provided with two guides 4 as shown in Figure 2. The base 10 of the manipulator device 1 is releasably and movably attached to the guide 4 with, for example, a running cat (not shown) of a known type which is designed to be guided along one guide element 40 or in a guide element 40, such as a profiled rail. In an alternative embodiment, the base 10 can be provided with a carriage (not shown) which runs along two guide elements 40, 40'. The manipulator device 1 can be designed to be detached from the guide 4 using, for example, a remotely controlled underwater vehicle, a so-called ROV. The ROV then brings the manipulator device 1 to the surface so that, for example, inspection, maintenance, repair and/or modification of the manipulator device 1 can be carried out. The manipulator device 1 can then be placed in place in the underwater installation 2 with the help of an ROV.

Manipulatoranordningen 1 kan være innrettet til å forsynes med energi fra samme energiforsyning som betjener undervannsinstallasjonen 2. Energiforsyningen kan tilfø-res gjennom en elektrisk kabel 5. Overføring av energi fra undervannsinstallasjonen 2 og til manipulatoranordningen 1 kan skje via kabel (ikke vist) eller ved induksjon. The manipulator device 1 can be arranged to be supplied with energy from the same energy supply that serves the underwater installation 2. The energy supply can be supplied through an electric cable 5. Transfer of energy from the underwater installation 2 and to the manipulator device 1 can take place via cable (not shown) or by induction .

Manipulatoranordningen 1 kan være innrettet til å fjernstyres. Dette kan gjøres på for så vidt kjent måte gjennom radiokommunikasjon eller gjennom kablet kommunika-sjon. Figur 1 viser en kommunikasjonskabel 6 til dette formål. Manipulatoranordningen 1 kan være innrettet til å fungere autonomt i den betydning at den på signal eller arbeidsordre utfører et på forhånd bestemt sett med handlinger eller operasjoner etter et tidsmønster. Manipulatoranordningen 1 kan også være innrettet til å kunne styres i sann tid av en operatør på land eller om bord i et fartøy (ikke vist). Til dette formål kan manipulatoranordningen 1 eller undervannsinstallasjonen 2 være forsynt med minst ett kamera (ikke vist). Fagpersonen vil forstå at manipulatoranordningen 1 er forsynt med de nødvendige motorer, aktuatorer og annet utstyr for å kunne utføre sine arbeidsoppgaver. Dette omtales ikke nærmere. The manipulator device 1 can be arranged to be controlled remotely. This can be done in a manner known so far through radio communication or through wired communication. Figure 1 shows a communication cable 6 for this purpose. The manipulator device 1 can be arranged to function autonomously in the sense that, on signal or work order, it performs a predetermined set of actions or operations according to a time pattern. The manipulator device 1 can also be designed to be controlled in real time by an operator on land or on board a vessel (not shown). For this purpose, the manipulator device 1 or the underwater installation 2 can be provided with at least one camera (not shown). The professional will understand that the manipulator device 1 is provided with the necessary motors, actuators and other equipment to be able to perform its tasks. This is not discussed further.

Når det er behov for å utføre arbeid på undervannsinstallasjonen 2, sendes en ar beidsordre til manipulatoranordningen 1. Dette kan foreksempel være å klargjøre undervannsinstallasjonen 2 for brønnintervenering. Manipulatoranordningen 1 vil da med sin arm 11 og verktøy på verktøyholderen 17 utføre de samme arbeidsoppgaver som en ROV. Dette kan gjøres uavhengig av vær på overflaten. Manipulatoranordningen 1 kan forflytte seg langs føringen 4 og vil med den bevegelige armen 11 være i stand til å utføre alle aktuelle arbeidsoperasjoner over hele undervannsinstallasjonen. Dermed kan et intervensjonsfartøy begynne direkte med brønnintervensjonsarbeidet ved ankomst til arbeidsstedet. When there is a need to carry out work on the underwater installation 2, a work order is sent to the manipulator device 1. This could be, for example, preparing the underwater installation 2 for well intervention. The manipulator device 1 will then, with its arm 11 and tools on the tool holder 17, perform the same tasks as an ROV. This can be done regardless of surface weather. The manipulator device 1 can move along the guide 4 and with the movable arm 11 will be able to carry out all relevant work operations over the entire underwater installation. Thus, an intervention vessel can start directly with the well intervention work on arrival at the work site.

Claims

1. Manipulator device (1) at a seabed positioned underwater installation (2) where the underwater installation (2) comprises process equipment (3), characterized in that the underwater installation (2) further comprises at least one guide (4) provided with the manipulator device (1) and the manipulator device's (1) ) base (10) is movably arranged to the guide (4).

2. Manipulator device (1) according to claim 1, characterized in that the base (10) of the manipulator device (1) is releasably attached to the guide (4).

3. Manipulator device (1) according to claim 1, characterized in that the guide (4) consists of at least one elongated guide element (40, 40').

4. Manipulator device (1) according to claim 1, characterized in that the underwater installation (2) further comprises a frame (20) arranged to be able to protect the underwater installation (2).

5. Manipulator device (1) according to claim 4, characterized in that the guide (4) is attached to the upper part (21) of the frame (20) in the use position.

6. Manipulator device (1) according to claim 1, characterized in that the manipulator device (1) is supplied with energy from the underwater installation's (2) energy source.

7. Manipulator device (1) according to claim 1, characterized in that the manipulator device (1) is provided with communication means designed to be able to remotely control the manipulator device (1).

8. Underwater installation (2) designed to be positioned on a seabed (9), where the underwater installation (2) includes process equipment (3), characterized in that the underwater installation (2) includes a guide (4) and a manipulator device (1) in accordance with requirements 1.