NO842405L - DEVICE AND PROCEDURE FOR SUPPLYING A HYDROCARBON PRODUCTION SYSTEM ASSOCIATED WITH A SHIP - Google Patents
DEVICE AND PROCEDURE FOR SUPPLYING A HYDROCARBON PRODUCTION SYSTEM ASSOCIATED WITH A SHIPInfo
- Publication number
- NO842405L NO842405L NO842405A NO842405A NO842405L NO 842405 L NO842405 L NO 842405L NO 842405 A NO842405 A NO 842405A NO 842405 A NO842405 A NO 842405A NO 842405 L NO842405 L NO 842405L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- riser
- ship
- bridge
- mast
- tanker
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 99
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 16
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 14
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
- B63B22/02—Buoys specially adapted for mooring a vessel
- B63B22/021—Buoys specially adapted for mooring a vessel and for transferring fluids, e.g. liquids
- B63B22/025—Buoys specially adapted for mooring a vessel and for transferring fluids, e.g. liquids and comprising a restoring force in the mooring connection provided by means of weight, float or spring devices
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
- E21B19/002—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling
- E21B19/004—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform
- E21B19/006—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform including heave compensators
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
- E21B19/14—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole
- E21B19/143—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole specially adapted for underwater drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
- E21B19/14—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole
- E21B19/15—Racking of rods in horizontal position; Handling between horizontal and vertical position
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Loading And Unloading Of Fuel Tanks Or Ships (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår hydrokarbon-produksjon fra offshore oljefelter til et flytende produksjonsanlegg ombord i et skip. Nærmere bestemt angår det en fremgangsmåte og en anordning for å muliggjøre fortøyning av skipet og å muliggjøre normal produksjon. The present invention relates to hydrocarbon production from offshore oil fields to a floating production plant on board a ship. More specifically, it relates to a method and a device to enable mooring of the ship and to enable normal production.
Eksisterende, flytende produksjonsanlegg basert på tankskip utviklet seg fra fortøyningsanordninger for tankskip. Etter en første suksess med slike enkle systemer ble det utviklet mere kompliserte typer, for å utvide driftsmulighetene. For å gi bakgrunnen for den foreliggende oppfinnelse skal det beskrives to fundamentalt forskjellige typer anlegg. Forskjellen ligger i fortøy-ningsmåten og i stigerøret som forbinder brønnhodene på sjøbunnen med tankskipet. Existing tanker-based floating production facilities evolved from tanker mooring facilities. After an initial success with such simple systems, more complicated types were developed to expand the operational possibilities. In order to provide the background for the present invention, two fundamentally different types of plant will be described. The difference lies in the mooring method and in the riser that connects the wellheads on the seabed with the tanker.
En type flytende produksjonsanlegg omfatter en bøye forankret til sjøbunnen ved hjelp av en konvensjonell forankring. Tankskipet festes til bøyen slik at det fritt kan drøye rundt bøyen etter hvert som forholdene til sjøs forandres. Stigerørene i dette anlegg er fleksible slanger. One type of floating production facility comprises a buoy anchored to the seabed using a conventional anchor. The tanker is attached to the buoy so that it can drift freely around the buoy as conditions at sea change. The risers in this facility are flexible hoses.
Den annen type flytende produksjonsanlegg benytter et enkelt forankringsben eller tårn i stedet for liner eller lignende, og en stiv arm forbinder tankskipet med tårnet. Tankskipet kan dreie fritt rundt tårnet. I dette til-fellet virker tårnet både som stigerør og fortøynings-anordning. The other type of floating production plant uses a single mooring leg or tower instead of lines or the like, and a rigid arm connects the tanker to the tower. The tanker can rotate freely around the tower. In this case, the tower acts as both a riser and a mooring device.
Den foreliggende oppfinnelse innebærer en forbedring i forhold til tidligere kjente fremgangsmåter og anordninger, idet det er kommet frem til et produksjonsanlegg som er meget mobilt og forholdsvis upåvirket av vanndybden. The present invention involves an improvement in relation to previously known methods and devices, in that a production facility has been arrived at that is highly mobile and relatively unaffected by the water depth.
I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen er dette oppnådd ved bruk av et stigerør som settes under strekk, idet strekk og kompensasjon for bevegelser oppnås ved hjelp av et hydraulisk system. Stigerøret er tilkoblet en kardanopphengt mast som har midler for å feste tilleggslengder av stigerøret til dette mens stigerøret fortøyer skipet. According to one aspect of the invention, this is achieved by using a riser that is put under tension, since tension and compensation for movements is achieved by means of a hydraulic system. The riser is connected to a gimbal-suspended mast which has means for attaching additional lengths of the riser to this while the riser is mooring the ship.
Et sugeanker med høy kapasitet og form som en avkortet kjegle gir stor vertikal holdekapasitet og høy kapasitet med hensyn til å motstå momenter. A suction anchor with a high capacity and shaped like a truncated cone provides a large vertical holding capacity and a high capacity in terms of resisting moments.
I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen er det kommet frem til et system for å gi passiv bevegelse-kompensasjon i overgangen mellom et skip og et stigerør i et flytende produksjonsanlegg eller lagringstankskip, hvilket system omfatter et skip med fylte fremre tanker, en fagverksbro montert på dekket til skipet, svingbart i forhold til dette med sin bakre ende, idet den fremre ende rager ut fra bauen til skipet, et stigerør festet til den fremre ende av broen, vertikale stolper eller lignende langs sidene av broen, med tilstrekkelig høyde i forhold til den vertikale bevegelse til broen, en flottøranordning festet under broen til de fremre tanker, samt en dreiekobling for en produksjonsledning i et kardankryss montert i den fremre ende av broen, for tilkobling til et produksjons-stigerør. According to another aspect of the invention, a system has been devised for providing passive motion compensation in the transition between a ship and a riser in a floating production facility or storage tanker, which system comprises a ship with filled forward tanks, a truss bridge mounted on the deck of the ship, pivotable relative thereto with its aft end, the forward end projecting from the bow of the ship, a riser attached to the forward end of the bridge, vertical posts or the like along the sides of the bridge, of sufficient height in relation to for the vertical movement of the bridge, a float device fixed under the bridge of the forward tanks, as well as a swivel for a production line in a universal joint mounted at the forward end of the bridge, for connection to a production riser.
I henhold til et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen angår denne et system for bevegelseskompensasjon for et tankskip fortøyd ved hjelp av et stigerør, og dette system omfatter en vippearm som forbinder et stigerør med tankskipet, samt et lodd festet til den ende av armen som er motsatt av stigerøret, slik at vippearmen kompenserer for bevegelse av tankskipet i forhold til stigerøret. According to a further aspect of the invention, this relates to a system for movement compensation for a tanker moored by means of a riser, and this system comprises a tilting arm connecting a riser to the tanker, as well as a weight attached to the end of the arm opposite to the riser, so that the rocker arm compensates for movement of the tanker in relation to the riser.
Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger. The invention will be explained in more detail below, with reference to the attached drawings.
Fig. 1, 2a og 2b viser skjematisk et fortøyningssystem Fig. 1, 2a and 2b schematically show a mooring system
med et enkelt ben.with a single leg.
Fig. 3 viser skjematisk hovedideen ved den foreliggende Fig. 3 schematically shows the main idea of the present one
oppf innelse.invention.
Fig. 4 viser retningen til krefter som virker på skipet. Fig. 5 viser, sett fra siden, systemet for håndtering av Fig. 4 shows the direction of forces acting on the ship. Fig. 5 shows, seen from the side, the system for handling
stigerør og bevegelseskompensasjon.riser and motion compensation.
Fig. 6 viser fremgangsmåten ved anbringelse av et stige- rør før dette festes til brønnhodet. Fig. 7 viser transport av produsert fluid fra masten. Fig. 8 viser i perspektiv et fartøy som omfatter den Fig. 6 shows the procedure for placing a ladder pipe before this is attached to the wellhead. Fig. 7 shows transport of produced fluid from the mast. Fig. 8 shows in perspective a vessel that includes it
foreliggende oppfinnelse.present invention.
Fig. 9 viser skjematisk et sugeanker med høy kapasitet, Fig. 9 schematically shows a suction anchor with high capacity,
sett fra siden.seen from the side.
Fig. 10, 11 og 12 viser systemet i fig. 5 sett fra siden. Fig. 13 viser en utførelsesform av en anordning i henhold Fig. 10, 11 and 12 show the system in fig. 5 side view. Fig. 13 shows an embodiment of a device according to
til oppfinnelsen montert i bauen til en fartøy.to the invention mounted in the hull of a vessel.
Fig. 14 viser bauen til fartøyet vist i fig. 13.Fig. 14 shows the construction of the vessel shown in fig. 13.
Fig. 15 viser baupartiet i fig. 14 sett fra siden.Fig. 15 shows the hull part in fig. 14 seen from the side.
Fig. 16 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, Fig. 16 shows another embodiment of the invention,
sett fra siden.seen from the side.
Fig. 17 viser et utsnitt av fartøyet vist i fig. 16, sett Fig. 17 shows a section of the vessel shown in fig. 16, set
fra siden.from the side.
Fig. 18 og 19 viser utførelsesformer av systemet for Fig. 18 and 19 show embodiments of the system for
håndtering av stigerør, i henhold til oppfinnelsen. Fig. 20 viser skjematisk krefter som virker på skipet. handling of risers, according to the invention. Fig. 20 schematically shows forces acting on the ship.
Fig. 21 er en lignende figur som fig. 20.Fig. 21 is a similar figure to fig. 20.
Fig. 22 viser forandringen av kreftene ved bruk av den Fig. 22 shows the change in forces when using it
foreliggende oppfinnelse.present invention.
Fig. 23 og 24 viser en utførelsesform av en anordning i Fig. 23 and 24 show an embodiment of a device i
henhold til oppfinnelsen, sett i perspektiv.according to the invention, seen in perspective.
Det foreliggende oppfinnelse har nærmest tilknytning til det enkle fortøyningsben, men kjennskap til forskjellene vil bidra til forståelsen av oppfinnelsen. En forskjell mellom lineforankring og det enkle tårn er at en for-ankringsline bare virker i en retning, slik at det kreves mange liner for å gi krefter i flere retninger. Hoved-forskjellen ligger imidlertid i forankringen på sjøbunnen. Tårnet, som er stivt, bevirker en stor vertikal kraft mot sjøbunnen, mens forankringslinene er basert på vekten til tunge kjettinger og gir en horisontal kraft i sjøbunnen. Ved overflaten er prinsippene de samme for begge systemer. Holdekraften kommer fra den horisontale komponent av strekket i forankringslinen eller tårnet T, slik som vist i fig. 1. The present invention is closely related to the simple mooring leg, but knowledge of the differences will contribute to the understanding of the invention. A difference between line anchoring and the simple tower is that an anchoring line only works in one direction, so that many lines are required to provide forces in several directions. The main difference, however, lies in the anchoring on the seabed. The tower, which is rigid, causes a large vertical force against the seabed, while the anchor lines are based on the weight of heavy chains and provide a horizontal force in the seabed. At the surface, the principles are the same for both systems. The holding force comes from the horizontal component of the tension in the anchor line or tower T, as shown in fig. 1.
I tårnet oppstår strekket på grunn av oppdrift, enten i toppen av tårnet T eller i armforbindelsen til tankskipet . In the tower, the stretch occurs due to buoyancy, either in the top of the tower T or in the arm connection of the tanker.
Tårnsystemet er utformet slik at det passer til vanndybden og sjøforholdene på et bestemt sted. For å flytte tårnet til et annerledes sted kreves det derfor modifi-seringer for tilpasning til den nye vanndybde. Systemet er også permanent ved at frakobling av tankskipet krever en bestemt frakoblingsoperasjon. På lignende måte er den flytende armanordning som gir oppdrift, selv om den er festet til tankskipet i en hengselforbindelse, en permanent del av tankskipet, hvilket gjør det vanskelig for tankskipet å skifte beliggenhet under vanskelige sjøforhold. Med hensyn til dypt vann har tårnsystemet begrensninger med hensyn til bruk. Fordi systemet er basert på at tårnet står på skrå for å gi holdekraft for tankskipet (det vil si en horisontal komponent av strekket), svinger toppen av tårnet nedover etter hvert som skrå-retningen til tårnet øker, slik som vist i fig. 2b. Denne vertikale forskyvning er proporsjonal med vanndybden. På dypt vann krever armanordningen Y enten større bevegelse, eller oppdriftskraften må økes for å minske kravene til skråstilling for tårnet. Uansett blir hele systemet stort, hvilket minsker dets praktiske og økonomiske brukbarhet. The tower system is designed to suit the water depth and sea conditions at a particular location. In order to move the tower to a different location, modifications are therefore required to adapt to the new water depth. The system is also permanent in that disconnecting the tanker requires a specific disconnection operation. Similarly, the buoyancy arm device, although attached to the tanker in a hinged connection, is a permanent part of the tanker, making it difficult for the tanker to change position in difficult sea conditions. With regard to deep water, the tower system has limitations in terms of use. Because the system is based on the tower being tilted to provide holding power for the tanker (that is, a horizontal component of the stretch), the top of the tower swings downward as the tilt direction of the tower increases, as shown in fig. 2b. This vertical displacement is proportional to the water depth. In deep water, the arm arrangement Y either requires greater movement, or the buoyancy force must be increased to reduce the requirements for an inclined position for the tower. In any case, the whole system becomes large, which reduces its practical and economic usability.
Forankringssystemer med liner, som er mindre permanente enn systemer med tårn og armer, har lignende begrensninger. Bevegelser og kjettingstørrelser blir upraktiske under vanskelige sjøforhold og dypt vann. Anchoring systems with liners, which are less permanent than systems with towers and booms, have similar limitations. Movements and chain sizes become impractical in difficult sea conditions and deep water.
Armanordningen Y er felles for de fleste store anlegg. Den er koblet til skipet S med hengsler H, langs en kant. Armanordningen er nødvendigvis stor, av følgende grunner: Dens lengde skal i frihet for stampe- og duvebevegelser, og dens bredde må være slik at den muliggjør direkte tilkobling til bauen eller akterenden av skipet med kanten. The arm arrangement Y is common to most large plants. It is connected to the ship S by hinges H, along one edge. The arm arrangement is necessarily large, for the following reasons: Its length must be free for pitching and dove movements, and its width must be such that it enables direct connection to the bow or stern of the ship with the edge.
Den er tung, for å være i stand til å tåle store strekk-og trykkrefter og torsjonsbelastninger som skyldes bølge-virkningen. It is heavy, in order to be able to withstand large tensile and compressive forces and torsional loads caused by the wave effect.
I alle tilfeller har armanordningen bare frihet til å svinge opp og ned. Når skipet ruller må konstruksjonen følge skipet, hvilket belaster hengseltappene og dreier den forholdsvis lange armanordningen om tilkoblingen til stigerøret, tårnet eller bøyen. Dette er et alvorlig belastningsproblem. Duving vil også trekke hele armanordningen til siden, hvilket kompliserer kraftkombina-sjonen i hengslene. In all cases, the arm assembly is only free to swing up and down. When the ship rolls, the structure must follow the ship, which puts a strain on the hinge pins and turns the relatively long arm assembly around the connection to the riser, tower or buoy. This is a serious load problem. Doving will also pull the entire arm assembly to the side, which complicates the force combination in the hinges.
Armanordningene er derfor meget robuste og tilsvarende tunge. Selv de minste, som benyttes under meget mode-rate sjøforhold, veier 500 - 600 tonn. Den best kjente enhet, TAZERKA, har en vekt på over 2000 tonn. The arm devices are therefore very robust and correspondingly heavy. Even the smallest, which are used in very moderate sea conditions, weigh 500 - 600 tonnes. The best-known device, the TAZERKA, has a weight of over 2,000 tons.
Bøyesystemer bortfaller ved overskridelse av en grense på 150 meter dybde. Kjegler med tilhørende armanordninger bortfaller også hovedsakelig når dybden overskrider 180 meter. Grunnene er at på dypere vann må det benyttes økende kjettinglengde for bøyen, som blir større, får større bølgebelastning og skader forbindelsen mellom arm anordningen og bøyen. For tårn er den horisontale slep-ing og oppreisning kritisk, og tårnet bøyes ved for hard-hent behandling. Buoy systems are forfeited if a limit of 150 meters depth is exceeded. Cones with associated arm devices are also mainly omitted when the depth exceeds 180 metres. The reasons are that in deeper water, increasing chain length must be used for the buoy, which becomes larger, receives greater wave load and damages the connection between the arm device and the buoy. For towers, the horizontal tow-ing and uprighting is critical, and the tower is bent by too hard-fetched treatment.
I systemer som omfatter et ledd i midten av tårnet er forholdene bedre. Det har imidlertid ikke hittil blitt montert noe slikt system på dypt vann. In systems that include a link in the middle of the tower, the conditions are better. However, no such system has yet been installed in deep water.
Andre kjente systemer med tårn medfører den samme ulempe, hvilket begrenser bruken av systemene til grunne farvann. Other known systems with towers entail the same disadvantage, which limits the use of the systems to shallow waters.
Felles for de kjente armsystemer er at enheten som består av stigerør, svingeledd og manifold er i avstand fra skipet. Dette betyr adkomstproblemer til selve stige-røret. Alle disse systemer medfører begrensninger, særlig med hensyn til adkomst, og fyller behovene bare til det rent funksjonelle ved fortøyningen. Common to the known boom systems is that the unit consisting of the riser, swivel joint and manifold is at a distance from the ship. This means access problems to the riser itself. All these systems entail limitations, particularly with regard to access, and fulfill the needs only for the purely functional aspects of the mooring.
Med den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å for-bedre flest mulige av de funksjonelle og driftsmessige forbedringer som mulig, og de fleste av disse forbedringer oppnås ved hjelp av en anordning for kompensasjon av bevegelser. With the present invention, the aim is to improve as many of the functional and operational improvements as possible, and most of these improvements are achieved by means of a device for compensation of movements.
Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de ovenfor nevnte begrensninger, og å komme frem til et flytende produksjonssystem som er meget mobilt og forholdsvis ufølsomt med hensyn til vanndybde, samt innebærer billige, passive systemer for kompensasjon av bevegelser . The purpose of the present invention is to avoid the limitations mentioned above, and to arrive at a floating production system which is highly mobile and relatively insensitive with respect to water depth, and involves cheap, passive systems for compensation of movements.
En utførelsesform av oppfinnelsen er illustrert i fig. 3, som illustrerer en utførelsesform av oppfinnelsen. Et stigerør R dannet av flere seksjoner forløper nedover fra et produksjonsskip. Stigerøret senkes fra skipet T etter hvert som det monteres, festes til en basisdel på sjø-bunnen og strammes av en hydraulisk kompensator C for bevegelse ombord i skipet. Tankskipet T kan deretter bevege seg bort fra sin opprinnelige stilling under påvirkning av vind, bølger og strømmer, inntil stigerøret R er i tilstrekkelig vinkel til å stanse bevegelsen av skipet. På samme måte som med systemene med tårn og armanordninger gir den horisontale komponent av strekkraften i stigerøret den bremsende kraft mot skipet, slik som vist i fig. 4. An embodiment of the invention is illustrated in fig. 3, which illustrates an embodiment of the invention. A riser R formed by several sections extends downward from a production vessel. The riser is lowered from the ship T as it is assembled, attached to a base part on the seabed and tightened by a hydraulic compensator C for movement on board the ship. The tanker T can then move away from its original position under the influence of wind, waves and currents, until the riser R is at a sufficient angle to stop the movement of the ship. In the same way as with the systems with towers and arm devices, the horizontal component of the tensile force in the riser provides the braking force against the ship, as shown in fig. 4.
En grunnleggende ide ved den foreliggende oppfinnelse er at skipet er forankret direkte i stigerøret. Stigerøret kan være av lignende type som det som allerede benyttes i offshore-produksjonssystemer, med det unntak at det har tilstrekkelig styrke til å tåle fortøyningsbelastningene, og stigerøret inneholder produksjonsrør. A basic idea of the present invention is that the ship is anchored directly in the riser. The riser can be of a similar type to that already used in offshore production systems, with the exception that it has sufficient strength to withstand the mooring loads, and the riser contains production pipes.
Stigerøret settes under strekk ved hjelp av et passivt arrangement av en hydraulisk sylinder og en akkumulator, på lignende måte som for kompensatorer for bevegelsen til stigerør, men med modifikasjoner for å tilpasses fortøy-ningen. Med passiv menes at systemet virker automatisk og uten tilførsel av energi utenfra eller styring. Systemet for kompensasjon av bevegelser virker derfor som en fluidfjaer. The riser is put under tension by means of a passive arrangement of a hydraulic cylinder and an accumulator, in a similar way to compensators for the movement of risers, but with modifications to adapt to the mooring. By passive is meant that the system works automatically and without the supply of energy from the outside or control. The system for compensation of movements therefore acts as a fluid spring.
På forholdsvist grunt vann har sylindrene for kompensasjon av bevegelser tilstrekkelig slaglengde til å kompensere for ikke bare duve- og rullebevegelser til skipet, men også for at stigerøret beveger seg fra vertikal stilling til sin største skråstilling, på omtrent 20°C. Det hydrauliske system er slik anordnet at når stigerøret er vertikalt utsettes stigerøret for den minste nødvend-ige strekkraft. Når stigerøret danner sin største vinkel vil sylinderen for kompensasjon av bevegelser gi den største strekkraft som er nødvendig. Dette oppnås på en enkel måte ved at den hydrauliske akkumulator fylles eller tømmes. In relatively shallow water, the motion compensation cylinders have sufficient stroke to compensate not only for pitching and rolling motions of the ship, but also for the riser moving from a vertical position to its maximum tilt, of approximately 20°C. The hydraulic system is arranged in such a way that when the riser is vertical, the riser is exposed to the minimum necessary tensile force. When the riser forms its greatest angle, the cylinder for compensation of movements will provide the greatest tensile force required. This is achieved in a simple way by filling or emptying the hydraulic accumulator.
Når skipet utsettes forøkende krefter fra vind, bølger og strømmer beveger det seg bort fra sin opprinnelige stilling, og stigerøret inntar en skråstilling. Etter hvert som vinkelenøker vil ikke bare den horisontale komponent til strekkraften i stigerøret bli større, men også selve strekkraften bli større på grunn av det hydrauliske system. For boresystemer i sjøen er dette ikke-konstante strekk uønsket, men for et skip som er forankret ved hjelp av et stigerør er det gunstig, idet det muliggjør dannelsen av et enkelt og pålitelig system. When the ship is exposed to increasing forces from wind, waves and currents, it moves away from its original position, and the riser takes an inclined position. As the angle increases, not only will the horizontal component of the tensile force in the riser become larger, but also the tensile force itself will become larger due to the hydraulic system. For offshore drilling systems, this non-constant tension is undesirable, but for a ship anchored by means of a riser, it is beneficial, as it enables the formation of a simple and reliable system.
På dypere vann er den bevegelse som kreves for å kompensere for den vertikale bevegelse til toppen av stige-røret når stigerøret forandrer vinkel for stor til at prinsippet kan benyttes i praksis (som beskrevet for de kjente systemer). I dette tilfelle er vinkelområdet til stigerøret begrenset til et område nær den største vinkel, det vil si fra 10 til 20°. For å oppnå dette omfatter systemet ytterligere midler. Disse midler muliggjør at det nominelle driftstrykket kan endres vesentlig. Når en storm er i ferd med å utvikle seg, vil kreftene mot tankskipet bevirke at stigerøret øker sin vinkel. Etter flere timer vil stigerøret nærme seg sin største vinkel. Systemtrykket er da endret til det nest høyeste, hvilket bevirker stor strekkraft i stigerøret, og stigerørets vinkel vil avta til den minste vinkel. In deeper water, the movement required to compensate for the vertical movement to the top of the riser when the riser changes angle is too great for the principle to be used in practice (as described for the known systems). In this case, the angular range of the riser is limited to a range close to the largest angle, that is from 10 to 20°. To achieve this, the system includes additional funds. These means make it possible for the nominal operating pressure to change significantly. When a storm is developing, the forces against the tanker will cause the riser to increase its angle. After several hours, the riser will approach its maximum angle. The system pressure is then changed to the second highest, which causes a large tensile force in the riser, and the angle of the riser will decrease to the smallest angle.
Det antas at bare to eller tre trykktrinn er nødvendige. Selv om dette medfører en "aktiv" styring, vil bruken av det inntreffe meget sjelden, og nøyaktigheten med hensyn til tid vil sannsynligvis dreie seg om timer i stedet for minutter eller sekunder. Det vil derfor være tilstrekkelig tid for alternative handlinger dersom det skulle oppstå svikt i denne aktive komponent. It is believed that only two or three pressure steps are necessary. Although this results in "active" control, its use will occur very rarely and the accuracy with respect to time will likely be in the order of hours rather than minutes or seconds. There will therefore be sufficient time for alternative actions should a failure occur in this active component.
Når det gjelder bevegelseskompensering kan en hydraulisk sylinder benyttes. De fleste kompensatorer for stigerør-bevegelser består av en hydraulisk sylinder som virker via en kabel og trinser. Dette minsker kravene til sylinderens slagbevegelse. Men kabelen er en konstant feilkilde, og krever stor grad av vedlikehold. I henhold til den foreliggende oppfinnelse benyttes derfor lange sylindre, på en slik måte at de hele tiden er under strekk. Arrangementet av masten muliggjør dette, og medfører at det unngås bøyeproblemer som er knyttet til lange, hydrauliske sylindere. When it comes to movement compensation, a hydraulic cylinder can be used. Most compensators for riser movements consist of a hydraulic cylinder that works via a cable and pulleys. This reduces the demands on the cylinder's impact movement. But the cable is a constant source of error, and requires a great deal of maintenance. According to the present invention, long cylinders are therefore used, in such a way that they are constantly under tension. The arrangement of the mast enables this, and means that bending problems associated with long hydraulic cylinders are avoided.
Den ovenfor nevnte bevegelseskompensasjon er for bevegelse av tankskipet i vertikal retning, det vil si stamping eller duving. Andre bevegelser av tankskipet må også kunne opptas eller isoleres fra stigerøret. Duving og bevegelser på grunn av brottsjø vil bevege stigerøret i horisontal retning gjennom vannet, hvilket bevirker forholdsvis liten motstand og således ikke er noe vesentlig problem. Rulling vil vri stigerøret, og derfor er en svingelagring anordnet ved toppen av stigerøret. Stamping og rulling av tankskipet vil bevirke uakseptable bøyepåkjenninger på stigerøret. For å isolere stigerøret fra slike belastninger er utstyret for å holde stigerøret under strekk og å kompensere for bevegelser festet til en mast, som er montert på et kardanledd, slik som vist i fig. 5. Kardanleddet gir fleksibilitet mellom vinkelbevegelsene til tankskipet og stigerøret. For at masten skal bevege seg sammen med stigerøret er masten forleng-et en viss lengde under kardanleddet, og forlengelsen virker som en arm som stigerøret skyver mot for å holde masten innrettet etter stigerøret. Et lodd 50 er også anbragt på enden av denne arm, for å utballansere masten rundt kardanleddet. Når således masten danner en vinkel, vil derfor vekten av masten ikke bevirke bøyning av stigerøret, hverken statisk eller dynamisk. The above-mentioned movement compensation is for movement of the tanker in the vertical direction, i.e. pitching or dove. Other movements of the tanker must also be able to be recorded or isolated from the riser. Dove and movements due to rough seas will move the riser in a horizontal direction through the water, which causes relatively little resistance and thus is not a significant problem. Rolling will twist the riser, and therefore a pivot bearing is provided at the top of the riser. Stamping and rolling of the tanker will cause unacceptable bending stresses on the riser. In order to isolate the riser from such loads, the equipment for keeping the riser under tension and to compensate for movements is attached to a mast, which is mounted on a cardan joint, as shown in fig. 5. The universal joint provides flexibility between the angular movements of the tanker and the riser. In order for the mast to move together with the riser, the mast is extended a certain length below the cardan joint, and the extension acts as an arm that the riser pushes against to keep the mast aligned with the riser. A weight 50 is also placed at the end of this arm, to balance the mast around the cardan joint. When the mast thus forms an angle, the weight of the mast will not cause bending of the riser, either statically or dynamically.
Nårmalt vil stigerøret og masten ikke forandre vinkel i forhold til et fast punkt, slik som sjøbunnen, men i stedet vil tankskipet bevege seg i bølgene i forhold til stigerøret. Det vil imidlertid skje en vinkelbevegelse av masten på grunn av sekundære krefter, slik at det er nødvendig at massen til masten holdes på et minimum, med tyngdepunkt i nærheten av kardanleddet, for å holde treghetskrefter på et minimum. When ground, the riser and mast will not change angle in relation to a fixed point, such as the seabed, but instead the tanker will move in the waves in relation to the riser. However, there will be an angular movement of the mast due to secondary forces, so it is necessary that the mass of the mast be kept to a minimum, with the center of gravity near the gimbal, to keep inertial forces to a minimum.
Et annet trekk ved den kardanopphengte bæremasten for stigerøret er bruken av masten ved tilkobling av stige-røret under vann. En teknikk for tilkobling av stigerør-et under vann uten føringer og uten dykkere gir fleksibilitet og økonomiske fordeler for systemet som helhet. Det kan f.eks. brukes en anordning for den nedre ende av stigerøret som er beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Med denne eller et hvilket som helst annet system med styrekonus må den nedre ende av stigerøret bringes tilstrekkelig nær røret på sjøbunnen til at den befinner seg innen det område der den kan nås med konusen. Dette kan gjøres ved bruk av en stråle ved den nedre ende av stigerøret, eller ved å bevege tankskipet på overflaten. Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes også masten for stigerøret for å bevege stigerøret, slik som vist i fig. 6. Under monteringen av stigerøret styres masten av hydrauliske sylindere. Ved å anbringe masten i en vinkel forlater stigerøret masten under en vinkel som gradvis forandres, inntil stigerøret henger vertikalt med den nedre ende. Resultatet er at den nedre ende av stigerøret forskyves horisontalt når vinkelen til masten forandres. Prosessen med å styre føringen kan utføres manuelt ved bruk av sonar og TV-informasjon. Det er imidlertid bedre å benytte en datamaskin for å behand-le informasjon om posisjonen og å styre masten direkte. Dette system ligner et system for dynamisk posisjonering av et skip, med den unntak at de hydrauliske sylindre for masten styres i stedet for å styre hjelpepropeller. Dersom tankskipet har hjelpepropeller, kan disse, samt også tankskipets hoveddrivverk, styres for posisjonering av skipet. Etter at stigerøret er koblet til et fundament på sjøbunnen, settes de hydrauliske sylindre for styring av masten ut av drift, og masten styres av stigerøret. Another feature of the gimbal-suspended support mast for the riser is the use of the mast when connecting the riser underwater. A technique for connecting the riser underwater without guides and without divers provides flexibility and economic benefits for the system as a whole. It can e.g. a device for the lower end of the riser described in Canadian patent application 421,909 is used. With this or any other guide cone system, the lower end of the riser must be brought sufficiently close to the pipe on the seabed to be within reach of the cone. This can be done by using a jet at the lower end of the riser, or by moving the tanker on the surface. In the present invention, the mast for the riser is also used to move the riser, as shown in fig. 6. During the installation of the riser, the mast is controlled by hydraulic cylinders. By placing the mast at an angle, the riser leaves the mast at an angle that gradually changes, until the riser hangs vertically with its lower end. The result is that the lower end of the riser is displaced horizontally when the angle of the mast is changed. The process of controlling the guidance can be carried out manually using sonar and TV information. However, it is better to use a computer to process information about the position and to control the mast directly. This system is similar to a system for dynamic positioning of a ship, with the exception that the hydraulic cylinders for the mast are controlled instead of auxiliary propellers. If the tanker has auxiliary propellers, these, as well as the tanker's main drive, can be controlled for positioning the ship. After the riser is connected to a foundation on the seabed, the hydraulic cylinders for steering the mast are put out of service, and the mast is controlled by the riser.
En av grunnene for at stigerøret settes ut fra tankskipet er at dette kan utføres hurtig og enkelt til hvilket som helst lengde. En annen grunn er å gjøre det mulig å øke lengden av stigerøret når det benyttes på dypt vann og i vinkel. Denne mulighet er bare nødvendig under den første utsetting av stigerøret og når dette henger ned fra tankskipet. Midlene for kompensasjon av bevegelser og håndtering av stigerøret er anordnet for å utføre denne oppgave, og for å kunne benyttes ved total svikt i kompensatoren. One of the reasons why the riser is set out from the tanker is that this can be done quickly and easily to any length. Another reason is to make it possible to increase the length of the riser when used in deep water and at an angle. This possibility is only necessary during the first deployment of the riser and when it hangs down from the tanker. The means for compensation of movements and handling of the riser are arranged to perform this task, and to be able to be used in the event of total failure of the compensator.
Når stigerøret settes ut, henges det opp i en oppheng-ningsanordning mens rørdelene sammenføyes. I eksisterende boresystemer befinner opphengningsanordningen seg på boregulvet i riggen, som ikke er kompensert. Kompensasjon benyttes bare etter at stigerøret er ferdig montert og opphengningskablene er festet til toppen av stigerør-et. Ved den foreliggende oppfinnelse er opphengningsplattformen 6 bevegelseskompensert, slik at det opphengte stigerør alltid er opphengningskompensert mens det frem-stilles. Systemet for håndtering av stigerøret befinner seg på opphengningsplattformen, og består hovedsakelig av en hydraulisk sylinder 7 som holder den neste rørlengde mens denne festes til den allerede dannede del av stige-røret. Etter sammenføyningen senker den hydrauliske sylinderen 7 hele stigerøret, inntil toppen av den nye rørlengde holdes i opphengningsanordningen. Denne pro-sess gjentas inntil hele stigerøret er dannet. Etter at stigerøret er tilkoblet under vann og tankskipet driver bort fra sin opprinnelige stilling, senker den hydrauliske sylinder 7 toppen av stigerøret etter hvert som stigerørets vinkel øker. På dypt vann må det tilføyes en annen lengde av stigerøret. På grunn av at opphengningsplattformen er bevegelseskompensert og sylinderen for håndtering av stigerøret kan oppta det fulle strekk i stigerøret, behandles dette på samme måte som hvilken som helst annen lengde av stigerøret. Når tankskipet har drevet tilstrekkelig til å gi stigerøret den korrekte midlere vinkel, setter sylinderen stigerøret i strekk oppover mot en stopper. Kraften fra sylinderen er høyere enn fra sylinderen for bevegelseskompensasjon, men er mindre enn det maksimalt tillatte strekk i stigerøret. Stigerøret holdes således fast til opphengningsplattformen som er bevegelseskompensert. Dersom systemet for bevegelseskompensasjon av en eller annen uforutsett grunn sperres, vil sylinderen for stigerøret forlenges så snart tankskipet beveger seg oppover på en bølge, og strekket i stigerøret overvinner strekkraften fra sylinderen. Sylinderen for stigerøret virker således som en midler-tidig bevegelseskompensator, og har sin egen akkumulator-krets. På denne måte finnes det en fullstendig og uav-hengig bevegelseskompensator som kan benyttes momentant, og som ikke krever noen mekanisme for tilkobling eller noen styring eller overvåking. When the riser is laid out, it is suspended in a suspension device while the pipe parts are joined. In existing drilling systems, the suspension device is located on the drilling floor in the rig, which is not compensated. Compensation is only used after the riser has been fully assembled and the suspension cables have been attached to the top of the riser. In the present invention, the suspension platform 6 is movement-compensated, so that the suspended riser is always suspension-compensated while it is being produced. The system for handling the riser is located on the suspension platform, and mainly consists of a hydraulic cylinder 7 which holds the next length of pipe while it is attached to the already formed part of the riser. After joining, the hydraulic cylinder 7 lowers the entire riser until the top of the new length of pipe is held in the suspension device. This process is repeated until the entire riser is formed. After the riser is connected underwater and the tanker drifts away from its original position, the hydraulic cylinder 7 lowers the top of the riser as the angle of the riser increases. In deep water, another length of riser must be added. Because the suspension platform is motion compensated and the riser handling cylinder can accommodate the full extension of the riser, this is treated in the same way as any other length of riser. When the tanker has drifted sufficiently to give the riser the correct mean angle, the cylinder stretches the riser upwards towards a stop. The force from the cylinder is higher than from the movement compensation cylinder, but is less than the maximum allowable tension in the riser. The riser is thus held firmly to the suspension platform, which is movement compensated. If the motion compensation system is blocked for some unforeseen reason, the cylinder for the riser will extend as soon as the tanker moves up a wave, and the tension in the riser overcomes the tension from the cylinder. The cylinder for the riser thus acts as a temporary movement compensator, and has its own accumulator circuit. In this way, there is a complete and independent motion compensator that can be used instantly, and that does not require any mechanism for connection or any control or monitoring.
Når stigerøret er bevegelseskompensert i forhold til bevegelsene til tankskipet, vil toppen av stigerøret bevege seg en stor lengde i forhold til dekket på tankskipet. For systemer beregnet for rolige områder er det mulig å benytte fleksible slanger for overføring av fluid mellom toppen av stigerøret og dekket til tankskipet. When the riser is motion compensated in relation to the movements of the tanker, the top of the riser will move a large length in relation to the deck of the tanker. For systems intended for quiet areas, it is possible to use flexible hoses for transferring fluid between the top of the riser and the deck of the tanker.
For urolige områder kan det benyttes lange metallrør som bøyer seg til en vinkel som er tilstrekkelig liten til å ligge innen den elastiske område til metallet, slik som vist i fig. 7. Rørene kan buntes sammen og understøttes slik at de danner en fleksibel rørbunt, slik som beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909. Geometrien er tilpasset slik at den passer til bevegelsen av masten i alle retninger. Dette arrangement for overføring av fluid minsker feil- og vedlikeholdsproblemer som er knyttet til fleksible slanger. Et lignende arrangement For troubled areas, long metal pipes can be used that bend to an angle that is sufficiently small to lie within the elastic area of the metal, as shown in fig. 7. The pipes can be bundled together and supported so that they form a flexible pipe bundle, as described in Canadian patent application 421,909. The geometry is adapted to suit the movement of the mast in all directions. This fluid transfer arrangement reduces failure and maintenance problems associated with flexible tubing. A similar arrangement
kan benyttes for den nedre "ende av stigerøret.can be used for the lower end of the riser.
Fig. 8-10 viser et flytende produksjonssystem som er tilkoblet en undervanns forankring 1 for stigerøret via et stigerør 2 som er under strekk, idet den øvre ende av stigerøret er en dreiekobling 3, mens den nedre ende er en kobling 4 som er tilpasset en konisk endekobling 5. Dreiekoblingen 3 er montert på arbeidsplattformen 6, som henger i hydrauliske jekker 7, hvis sylindere er montert på det faststående, utvendige rammeverk 8. Det inn-vendige rammeverk 9 kan beveges vertikalt på styreskinner 10 som er montert på rammeverket 8. For at skipet skal ha frihet til å rulle og stampe er rammeverket 8 opphengt i en kardanramme, som har en indre og en ytre kardanring, 11 og 12. De indre kardanlager overfører belastningen fra masten til den ytre kardanring via lager 13, mens den ytre kardanring overfører belastningen via lager 14, som er montert på lagerblokker 15 festet til avstivningsringen 16 som omgir sjakten 17. Fig. 8-10 shows a floating production system which is connected to an underwater anchorage 1 for the riser via a riser 2 which is under tension, the upper end of the riser being a rotary coupling 3, while the lower end is a coupling 4 which is adapted to a conical end coupling 5. The rotary coupling 3 is mounted on the work platform 6, which hangs in hydraulic jacks 7, the cylinders of which are mounted on the fixed, external framework 8. The internal framework 9 can be moved vertically on guide rails 10 which are mounted on the framework 8. In order for the ship to be free to roll and pitch, the framework 8 is suspended in a gimbal frame, which has an inner and an outer gimbal ring, 11 and 12. The inner gimbal bearings transfer the load from the mast to the outer gimbal ring via bearing 13, while the outer cardan ring transfers the load via bearing 14, which is mounted on bearing blocks 15 attached to the stiffening ring 16 which surrounds the shaft 17.
Systemet 18 for å danne stigerøret befinner seg foran sjakten, og består av et fundament 19, en elevator 20 og en horisontal sleide 21. Oppgaven til dette system er å bringe stigerørseksjoner horisontalt til masten. Over-føringen til vertikal stilling utføres ved bruk av et løftehode 22 og tilhørende hydrauliske jekker 23, hvilke utgjør systemet for håndtering av stigerøret over sjakten . The system 18 for forming the riser is located in front of the shaft, and consists of a foundation 19, an elevator 20 and a horizontal slide 21. The task of this system is to bring riser sections horizontally to the mast. The transfer to a vertical position is carried out using a lifting head 22 and associated hydraulic jacks 23, which form the system for handling the riser above the shaft.
Etter at skipet har inntatt sin posisjon over bunnforankringen 1, tilføres stigerørseksjonene, festes og senkes inntil dybden nesten er nådd. På dette tidspunkt aktiveres jekkene 7 for bevegelseskompensasjon, og den siste lengden av stigerøret dannes. Stigerøret befinner seg derved over fundamentet, og tilkoblingen er fullført. Skipet driver deretter bort, det tilføyes stigerør lengder etter behov, og det utføres bevegelseskompensasjon. Posisjoneringen er fullført når skipet befinner seg i en slik avstand fra fundamentet på bunnen at vinkelen er mellom 10 og 20°. After the ship has taken its position above the bottom anchorage 1, the riser sections are supplied, secured and lowered until the depth is almost reached. At this point, the jacks 7 are activated for movement compensation, and the last length of the riser is formed. The riser is thus located above the foundation, and the connection is complete. The ship then drifts away, riser lengths are added as needed, and motion compensation is performed. The positioning is complete when the ship is at such a distance from the foundation on the bottom that the angle is between 10 and 20°.
Resten av utstyret på dekket til skipet omfatter behand-lingsanlegget 24, avfaklingstårn 25, rørledninger 26 for produktene, et samlehus 2 7 for produkter og hydraulikk, samt et helikopterdekk 28. The rest of the equipment on the deck of the ship includes the treatment plant 24, flaring tower 25, pipelines 26 for the products, a collection house 2 7 for products and hydraulics, as well as a helicopter deck 28.
Hele enheten som er vist i fig. 10 og 12 bæres av et kardanledd, delene 11 og 12, som overføres vekten av stigerøret og masten samt dynamiske belastninger til skipets dekk, gjennom lagerblokkene 15. The whole assembly shown in fig. 10 and 12 are carried by a cardan joint, parts 11 and 12, which transmit the weight of the riser and the mast as well as dynamic loads to the ship's deck, through the bearing blocks 15.
Rammeverket 8 i masten er et fagverk, som er fast montert på den indre delen 11 av kardanleddet. De to benene til masten er i de øvrige ender sammenføyd ved hjelp av en tverrliggende ramme 35, slik at det er dannet en stiv konstruksjon. Styreskinner 10 er festet til innsidene av masten, i hele høyden av denne. Disse skinner danner styring for det indre rammeverk 9, som kan beveges fritt opp og ned inne i masten 8. The framework 8 in the mast is a truss, which is permanently mounted on the inner part 11 of the cardan joint. The two legs of the mast are joined at the other ends by means of a transverse frame 35, so that a rigid structure is formed. Guide rails 10 are attached to the inside of the mast, throughout its entire height. These rails form a guide for the inner framework 9, which can be moved freely up and down inside the mast 8.
Til benene til masten 8 er også festet hydrauliske sylindere 7. Stempelstangendene til sylindrene 7 er festet til arbeidsplattformen 6, som, ved hydraulisk aktivering, tjener til å bevege hele det indre rammeverk 9 opp eller ned. Derved vil arbeidsplattformen 6 forskyve den øvre ende av stigerøret 2 og dreielagringen 3 som er festet til dette. Ved passende aktivering av sylindrene 7 skjer en innbyrdes bevegelse mellom skipet og stigerøret, og det opprettholdes strekk i stigerøret, slik at det oppnås en effektiv forankringskraft uten for store spenninger i stigerøret eller endetilkoblingene. Hydraulic cylinders 7 are also attached to the legs of the mast 8. The piston rod ends of the cylinders 7 are attached to the work platform 6, which, when hydraulically actuated, serves to move the entire inner framework 9 up or down. Thereby, the working platform 6 will displace the upper end of the riser 2 and the rotary bearing 3 which is attached to it. By appropriate activation of the cylinders 7, a mutual movement occurs between the ship and the riser, and tension is maintained in the riser, so that an effective anchoring force is achieved without excessive tension in the riser or the end connections.
Det indre rammeverk 9 er utstyrt med 2 elementer 36 med hjul som kan beveges langs styreskinnene 10. Ved den øvre ende av rammen rager en rekke hydrauliske sylindere 23 opp fra den tverrliggende rammen 3 7 til det indre rammeverk, avstøttet av en skråttliggende støtteramme 38. Disse sylindere 23 utgjør drivanordninger for løftehode 22, som trekker stigerørdeler opp og inn i rommet over arbeidsplattformen 6, senker delene ned gjennom sjakten og generelt holdes og transporterer rør inne i masten, omfattende sammenføring av rørdelene. Det indre rammeverk 9 med arbeidsplattformen 6 er en separat enhet i masten, forbundet med masten bare indirekte via element-ene 36 med hjul og de hydrauliske jekker 23. Ved til-førsel og utføring av stigerøret er bruken av plattformen 6 koordinert med systemet 18 for håndtering av stigerør-deler på dekket. The inner framework 9 is equipped with 2 elements 36 with wheels which can be moved along the guide rails 10. At the upper end of the frame, a series of hydraulic cylinders 23 project up from the transverse frame 3 7 to the inner framework, supported by an inclined support frame 38. These cylinders 23 constitute drive devices for lifting head 22, which pulls riser pipe parts up and into the space above the work platform 6, lowers the parts down through the shaft and generally holds and transports pipes inside the mast, including bringing the pipe parts together. The inner framework 9 with the working platform 6 is a separate unit in the mast, connected to the mast only indirectly via the elements 36 with wheels and the hydraulic jacks 23. When supplying and discharging the riser, the use of the platform 6 is coordinated with the system 18 for handling riser parts on deck.
Installasjonen 18 for håndtering av stigerørdeler vist i fig. 11 omfatter en kombinasjon av en elevator 20 og et traverssystem 21. Stigerørdeler er lagret i den nedre konstruksjon 19, og føres til den midtre elevatorplatt-formen 39 ved hjelp av skrå skinner 40.anordnet inne i konstruksjonen 19. De enkelte rørdeler føres til eleva-toren 20, som heves og leverer rørdelene til de åpne kjever 41 i traverskranen 42. The installation 18 for handling riser pipe parts shown in fig. 11 comprises a combination of an elevator 20 and a traverse system 21. Riser pipe parts are stored in the lower structure 19, and are led to the middle elevator plate-form 39 by means of inclined rails 40 arranged inside the structure 19. The individual pipe parts are led to the elevator -tor 20, which is raised and delivers the pipe parts to the open jaws 41 in the traverse crane 42.
Det hydrauliske system for bevegelseskompensasjon er utstyrt med feilsikring. De to hydrauliske hoved-drivanordningene 78 består av grupper 43 i stedet for enheter med stor diameter. Et skyvehode 44 overfører kreftene fra hver enhet i gruppen. Det normale driftstrykket er 105 kg/cm 2, men dersom en eller flere grupper skulle svikte, vil plattformen 6 forbli fullstendig understøttet og bevegelseskompensert. Dette oppnås ved todelt tilførsel av det hydrauliske trykk, for å gi trykk til de diagonalt motsatt beliggende par av sylindere. Dette er det verst tenkelige tilfelle, idet halve løftekapasiteten er borte. Dersom det primære hydrauliske system svikter, vil et sekundært (passivt) The hydraulic system for movement compensation is equipped with failsafe. The two main hydraulic drives 78 consist of groups 43 instead of large diameter units. A push head 44 transfers the forces from each unit in the group. The normal operating pressure is 105 kg/cm 2 , but should one or more groups fail, the platform 6 will remain fully supported and movement compensated. This is achieved by two-part supply of the hydraulic pressure, to give pressure to the diagonally opposite pairs of cylinders. This is the worst possible case, as half the lifting capacity is gone. If the primary hydraulic system fails, a secondary (passive)
system utføre oppgaven, slik som beskrevet tidligere.system perform the task, as described earlier.
Det er tidligere nevnt et passivt hydraulisk styresystem som foretrukket. Imidlertid kan det også benyttes et aktivt styresystem. Styresystemet kan styre av en datamaskin, og kan bestå av et styresenter for en hydraulisk krets, midler for å overvåke strekket og vinkelen til stigerøret og et logisk system for håndtering av stige-røret. Det kan anordnes et alarmsystem for å varsle overbelastning, og for å varsle svikt i det hydrauliske og vesentlige utstyret. Det er anordnet et automatisk system for lagring og overføring av last. A passive hydraulic steering system has previously been mentioned as preferred. However, an active control system can also be used. The control system may be controlled by a computer, and may consist of a control center for a hydraulic circuit, means for monitoring the stretch and angle of the riser and a logical system for handling the riser. An alarm system can be arranged to warn of overload, and to warn of failure of the hydraulic and essential equipment. There is an automatic system for storing and transferring cargo.
Fig. 12 viser masten 8 når den danner en vinkel på 20°. Størrelsen til arbeidsplattformen 6 og det annet par kompensasjonssylindre 7 er vist. Et vesentlig trekk ved systemet er at plattformen 6 benyttes for å lagre noen få ekstra stigerørdeler, som føres på plass i stigerør-strengen, idet all håndtering skjer under tilkobling til bunnforankringen 1. Graden av automatisering i systemet og graden av kontroll med kompensasjon for vertikale bevegelser muliggjør at produksjonen kan foregå under minimal overvåkning. Fig. 12 shows the mast 8 when it forms an angle of 20°. The size of the working platform 6 and the second pair of compensating cylinders 7 is shown. An important feature of the system is that the platform 6 is used to store a few extra riser parts, which are guided into place in the riser string, with all handling taking place while connected to the bottom anchor 1. The degree of automation in the system and the degree of control with compensation for vertical movements enable production to take place under minimal supervision.
Stigerøret vil under forankring av tankskipet bevirke en meget stor vertikal belastning på bunnforankringen. For produksjonssystemer som omfatter et ben og en stiv arm har det vært benyttet tunge fundamenter festet med peler. Disse må nødvendigvis være meget store. Selv om et tungt fundament kan benyttes i den foreliggende oppfinnelse, er det en fordel med hensyn til transport og anbringelse å benytte en lettere forankring. Fig. 3 viser et sugeanker av sylindrisk type. Dette gir meget høy motstand mot sidebevegelser som bøyemoment, men i visse typer bunn-material kan evnen til å oppta vertikal belastning være liten. Fig. 8a viser en alternativ type sugeanker. Dette er et anker av platetypen der vekten av bunnmate rialet over ankeret motstår det vertikale strekk. Dette prinsipp er grunnlaget for "Hydropin" patentert av National Engineering Laboratory i U.K. Men denne type anker gir ikke den nødvendige vertikale motstand for for-tøyning av tankskipet via stigerøret, og kan bare monteres i bunnmaterialer som kan fluidiseres. During anchoring of the tanker, the riser will cause a very large vertical load on the bottom anchorage. For production systems that include a leg and a rigid arm, heavy foundations attached with piles have been used. These must necessarily be very large. Although a heavy foundation can be used in the present invention, it is an advantage in terms of transport and placement to use a lighter anchorage. Fig. 3 shows a suction anchor of cylindrical type. This gives very high resistance to lateral movements such as bending moment, but in certain types of bottom material the ability to absorb vertical load may be small. Fig. 8a shows an alternative type of suction anchor. This is a plate-type anchor where the weight of the bottom material above the anchor resists the vertical tension. This principle is the basis of "Hydropin" patented by the National Engineering Laboratory in the U.K. But this type of anchor does not provide the necessary vertical resistance for mooring the tanker via the riser, and can only be installed in bottom materials that can be fluidized.
Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes derfor en roterende skjæreanordning og en sugeankerplate, samt en åpen mast for tilkobling av stigerøret på bunnen. I det øvre parti av masten er det festet store plater som gir sideveis motstand i bunnmaterialet. Disse plater bevirker ikke bare evnen til å oppta sidebelastninger, men også, i kombinasjon med sugeankeret, motstand mot bøy-ning. Fig. 9 viser sugeankeranordningen 29, som benytter sug, spyling og mekanisk skjæring ved monteringen. Enheten er innrettet til å trenge ned i de fleste bunnmaterialer, også i leire. Ved å opprette undertrykk under den nedre konus 30 dannes en kraft som bevirker at anker-anordningen beveger seg nedover. Denne bevegelse økes av vannstråler 31 med høyt trykk og mekaniske skjæreanord-ninger 32. Etter at anordningen har kommet til ønsket dybde etterlates den indre drivaksel 33 (dersom denne benyttes) på stedet. Rotasjon oppnås ved hjelp av en hydraulisk motor, drevet av fluid tilført fra overflaten. Konusanordningen 5 som er tilpasset stigerøret og er montert på dreiekoblingen 34 er derved klar til bruk. Dreiekoblingen sikrer at det ikke overføres bøyemoment til stigerøret 2, og det tollereres en vinkel på opptil 35°. The present invention therefore uses a rotating cutting device and a suction anchor plate, as well as an open mast for connecting the riser on the bottom. In the upper part of the mast, large plates are attached which provide lateral resistance in the bottom material. These plates not only provide the ability to absorb lateral loads, but also, in combination with the suction anchor, resistance to bending. Fig. 9 shows the suction anchor device 29, which uses suction, flushing and mechanical cutting during assembly. The unit is designed to penetrate most bottom materials, including clay. By creating negative pressure under the lower cone 30, a force is created which causes the anchor device to move downwards. This movement is increased by water jets 31 with high pressure and mechanical cutting devices 32. After the device has reached the desired depth, the inner drive shaft 33 (if used) is left in place. Rotation is achieved by means of a hydraulic motor, driven by fluid supplied from the surface. The cone device 5, which is adapted to the riser and is mounted on the rotary coupling 34, is thereby ready for use. The rotary coupling ensures that no bending moment is transferred to the riser 2, and an angle of up to 35° is tolerated.
Utførelsene av stigerørsystemet er fullstendig beskrevet i Canadisk patentansøkning 421.909, og omfatter det øvre dreieledd 3, stigerørkoblingen 45 og den nedre stigerør-koblingsanordning 4. Hensikten med å beskrive stigerør-systemet i denne beskrivelse er å understreke den over-legne styrke og utmattingsegenskapene, som begge er direkte relevante når det gjelder forankring ved hjelp av stigerøret. The embodiments of the riser system are fully described in Canadian Patent Application 421,909, and include the upper pivot 3, the riser coupling 45 and the lower riser coupling device 4. The purpose of describing the riser system in this specification is to emphasize the superior strength and fatigue properties, which both are directly relevant when it comes to anchoring using the riser.
I det følgende skal fig. 13 - 19 beskrives nærmere.In the following, fig. 13 - 19 are described in more detail.
Som i systemene med et ben og en stiv arm bevirker den horisontale komponent av strekkraften i stigerøret den bremsende kraft på tankskipet når dette tillates å bevege seg bort fra den opprinnelige posisjon under påvirkning av ytre krefter. As in the leg and arm systems, the horizontal component of the tensile force in the riser causes the braking force on the tanker when it is allowed to move away from its original position under the influence of external forces.
Oppdriften bevirker betydelige krefter, som betraktes som frie. Hydraulikk vil bevirke det samme, men er uønsket komplisert og kostbar. Buoyancy causes significant forces, which are considered free. Hydraulics will do the same, but are undesirably complicated and expensive.
Flottører i sjøen ved siden av et skip påvirkes av krefter fra bølgene. Dersom de er festet til stag, armer, gitterkonstruksjoner eller andre innretninger må de bevege seg i vannet, og bevirker store belastninger på ledd og så videre. Å benytte flottører festet til skipet, utvendig på skroget, er ikke noen fordelaktig måte å oppnå frie krefter for forankring. Når skipet f.eks. ruller, må flottøren følge med, ofte med den største bevegelse. Dette bevirker problemer med friksjon, forsterkning av rullingen, uønskede påkjenninger og så videre. Floats in the sea next to a ship are affected by forces from the waves. If they are attached to struts, arms, grid structures or other devices, they must move in the water, causing great stress on joints and so on. Using floats attached to the ship, outside the hull, is not an advantageous way of obtaining free forces for anchoring. When the ship e.g. rolls, the float must follow, often with the greatest movement. This causes problems with friction, reinforcement of rolling, unwanted stresses and so on.
Systemer med tårn er et eksempel på en flottør på utsiden av skipet som må holdes i en massiv konstruksjon for å tåle påvirkningene fra omgivelsene. Turret systems are an example of a float on the outside of the ship that must be held in a massive structure to withstand the effects of the environment.
Alle bøyeforankringssystemene har det samme problem, slik som tidligere nevnt. På større dybder og under vanske-ligere forhold må oppdriftenøkes. Det finnes imidlertid en grense, og dersom denne grense overskrides, er den eneste måte å få systemet til å virke å bygge konstruk-sjoner, flottører og opplagringer som er meget store, All the buoy anchoring systems have the same problem, as previously mentioned. At greater depths and under more difficult conditions, the buoyancy must be increased. However, there is a limit, and if this limit is exceeded, the only way to make the system work is to build constructions, floats and storages that are very large,
uhåndterlige og kostbare.unwieldy and expensive.
Ved å anbringe innretninger innen grensene av skipet, i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, oppnås klare fordeler: det skjer ingen påvirkning av krefter fra bølgene eller slag i en skvulpesone, By placing devices within the boundaries of the ship, according to an embodiment of the present invention, clear advantages are achieved: there is no influence of forces from the waves or blows in a splash zone,
flottørene ruller, stamper og utfører andre bevegelser sammen med skipet, the floats roll, bump and perform other movements together with the ship,
det er dannet et område med god adkomst,an area with good access has been created,
operatører kan observere og overvåke oppførselen til flottørene, operators can observe and monitor the behavior of the floats,
oppdriften kan styres direkte ved bruk av komprimert luft for å fjerne ballast fra flottørene, the buoyancy can be controlled directly by using compressed air to remove ballast from the floats,
den spesifikke vekt til det omgivende medium kan endres for å oppnå optimal oppdrift og viskositet, the specific gravity of the surrounding medium can be changed to achieve optimal buoyancy and viscosity,
bevegelsene til flottørene er en brøkdel av de vertikale bevegelser til skipet, the movements of the floats are a fraction of the vertical movements of the ship,
akselerasjonene og hastighetene til flottørene er også en brøkdel av verdiene for skipet, the accelerations and velocities of the floats are also a fraction of the values for the ship,
formen til flottørene kan i større grad varieres på grunn av de bedre definerte omgivelser under bruk, the shape of the floats can be varied to a greater extent due to the better defined surroundings during use,
flottørene befinner seg inne i skipet og trenger ikke å settes ut, og the floats are located inside the ship and do not need to be deployed, and
flottørene kan benyttes for å gi krefter ved utsetting av stigerøret. the floats can be used to provide forces when deploying the riser.
Oppfinnelsen omfatter også to utførelsesformer av et system for håndtering av stigerøret, og i begge systemer benyttes en kasselignende vogn med hjul som ruller på skinner opp og ned langs en kompensator-brokonstruksjon. Denne er beregnet for å lagre omtrent 360 meter stigerør, i deler på 15 meter, i vertikal stilling. Etter avlast-ing trekkes vognen til hengselenden av broen og parkeres. Vognens høyde ligger innen bjelkekonstruksjonen til broen, med sideveis styreskinner på toppen for å holde vognen innenfor broen. The invention also includes two embodiments of a system for handling the riser, and in both systems a box-like carriage with wheels that rolls on rails up and down along a compensator bridge structure is used. This is designed to store approximately 360 meters of riser, in sections of 15 metres, in a vertical position. After unloading, the trolley is pulled to the hinge end of the bridge and parked. The height of the carriage is within the beam structure of the bridge, with lateral guide rails on top to keep the carriage within the bridge.
I en første utførelsesform er den egentlige løftemekanis-me til kranen en vinsjanordning som benytter kabel og flere trinser. Vinsjen er montert sammen med kranen. Krafttilførselen kan være elektrisk eller hydraulisk. Spindlene som beveger kranen i forhold til vognen er syn-kronisert i hver akse. De hastigheter som trengs for å følge det bevegelige stigerør antas å være omtrent 15 cm/sek. (maksimalt). Systemet for tilbakeføring av informasjon for styring er av en enkel proporsjonal/ integral-type som benytter registrerings-transduktorer på kardanleddet for å gi informasjon om posisjonen. For griping og løfting innrettes den koniske føring på løfte-hodet automatisk etter rørdelen, på grunn av et kuleledd i enheten. In a first embodiment, the actual lifting mechanism for the crane is a winch device that uses a cable and several pulleys. The winch is mounted together with the crane. The power supply can be electric or hydraulic. The spindles that move the crane in relation to the carriage are synchronized in each axis. The speeds needed to follow the moving riser are assumed to be approximately 15 cm/sec. (maximum). The system for returning information for control is of a simple proportional/integral type which uses registration transducers on the gimbal joint to provide information about the position. For gripping and lifting, the conical guide on the lifting head is automatically aligned with the pipe part, due to a ball joint in the unit.
Den annen utførelsesform kan betraktes som et lite tårn som danner en del av kardanleddet. Løftemekanismen er kabler og trinser. Overføringen av en rørdel fra løfte-enheten til en manipulatorarm krever perfekt styring, som oppnås ved hjelp av transduktorer på kardanleddet. Armen er delvis en robotarm, og må kunne løfte 15 - 20 tonn. Den må også ha tilstrekkelig rekkevidde ved denne løfte-kapasitet til å kunne anbringe rørdelene på en sikker måte i vognstativet. The second embodiment can be considered a small tower that forms part of the cardan joint. The lifting mechanism is cables and pulleys. The transfer of a pipe part from the lifting unit to a manipulator arm requires perfect control, which is achieved with the help of transducers on the gimbal. The arm is partly a robotic arm, and must be able to lift 15 - 20 tonnes. It must also have sufficient reach at this lifting capacity to be able to place the pipe parts in a safe manner in the trolley frame.
Som vist i fig. 13 og 14 er et flytende produksjonssystem 60 koblet til en bunnforankring 61 ved hjelp av et stige-rør 62 som er under strekk, og den øvre ende av røret er et dreieledd 63, mens den nedre ende av stigerøret er en koblingsanordning 64 som passer sammen med en konisk del 65 på fundamentet. Svingeleddet 63 er montert i en plate As shown in fig. 13 and 14, a floating production system 60 is connected to a bottom anchor 61 by means of a riser 62 which is under tension, and the upper end of the pipe is a pivot 63, while the lower end of the riser is a coupling device 64 which fits together with a conical part 65 on the foundation. The swivel joint 63 is mounted in a plate
66 som holdes i et rammeverk som danner den ytre ende av fagverks-brokonstruksjonen 67. Broen 67 er hengslet i sin bakre ende ved hjelp av en hengselopplagring 68 montert på dekket. Hele broen sperres sideveis av to vertikale staver 69 som består av to søyler og tilhørende sidestaver. Når skipet beveger seg opp og ned fjerner disse staver sidebelastning nær kardanleddet. Sidene av broen holder lagringsplater med rulleføringer 70 som minsker friksjon når broen beveger seg i forhold til stavene. De vertikale stolper og de tilhørende sidestaver som forbinder sidene av broen rager oppover til en tilstrekkelig høyde til å muliggjøre den vertikale bevegelse av broen. Disse stolper opptar sidekrefter fra forankringen, og ingen sidekrefter overføres til broen og dennes spinkle konstruksjon. Når skipet inntar en skrå-retning i forhold til bølger og vind, tvinges det til å innta en retning slik at bølger og vind virker rett mot bauen. En vogn med ruller på hver side av broen ligger mot stolpene og utgjør en mekanisme som lett kan beveges. Tappen på den bakre ende av broen belastes bare i et plan, og utsettes ikke for. torsjon eller bøyning. 66 which is held in a framework which forms the outer end of the truss bridge structure 67. The bridge 67 is hinged at its rear end by means of a hinge bearing 68 mounted on the deck. The entire bridge is laterally blocked by two vertical bars 69 which consist of two columns and associated side bars. When the ship moves up and down, these rods remove side loads near the gimbal. The sides of the bridge hold bearing plates with roller guides 70 which reduce friction as the bridge moves relative to the rods. The vertical posts and the associated side bars which connect the sides of the bridge project upwards to a sufficient height to enable the vertical movement of the bridge. These posts absorb lateral forces from the anchorage, and no lateral forces are transferred to the bridge and its flimsy construction. When the ship takes an oblique direction in relation to the waves and wind, it is forced to take a direction so that the waves and wind act directly against the building. A carriage with rollers on each side of the bridge rests against the posts and constitutes a mechanism that can be easily moved. The pin at the rear end of the bridge is loaded in one plane only, and is not subjected to. torsion or bending.
Dersom platen 66 betraktes som et fast punkt, vil det forstås at skipet fritt kan bevege seg opp og ned i stampebevegelser, rullebevegelser og andre bevegelser på grunn av de følgende mekanismer: leddet 66, flottørene 71 og broen 67 samt dreieleddet 63. If the plate 66 is considered as a fixed point, it will be understood that the ship can freely move up and down in pitching movements, rolling movements and other movements due to the following mechanisms: the joint 66, the floats 71 and the bridge 67 and the pivot joint 63.
Broen 67 har lav vekt, og er en konstruksjon som består av to sidefagverk med tverrstaver som forbinder disse. Broen 67 kan anbringes i hvilken som helst ønsket vinkel ved å fjerne ballast fra flottørene 71 (fig. 14 og 15) og for å oppnå kompensasjon for vertikale bevegelser under den første utsetting av stigerøret, idet to hydrauliske sylindere 83 er koblet til fagverksidene, slik som vist i f ig. 15. Bridge 67 has a low weight, and is a construction consisting of two side trusses with crossbars connecting them. The bridge 67 can be placed at any desired angle by removing ballast from the floats 71 (Figs. 14 and 15) and to achieve compensation for vertical movements during the initial deployment of the riser, two hydraulic cylinders 83 being connected to the truss sides, as as shown in fig. 15.
Fig. 14 viser beliggenheten til de indre flottører 71, som er direkte under de to sidene i brokonstruksjonen 67. Toppen av stigerøret 62 og dreieleddet 63 rager opp fra leddet 66, og det er dessuten vist stavene 69, sidestav-ene 72 og en øvre tverrstav 73. Plass for lagring av stigerørdeler i tillegg til plassen i det normale system er anordnet i en vertikal sjakt 82 gjennom en åpning i dekket, som vist i fig. 14 og 15. Fig. 14 shows the location of the inner floats 71, which are directly below the two sides of the bridge structure 67. The top of the riser 62 and the pivot joint 63 protrude from the joint 66, and there is also shown the rods 69, the side rods 72 and an upper cross bar 73. Space for storing riser parts in addition to the space in the normal system is arranged in a vertical shaft 82 through an opening in the deck, as shown in fig. 14 and 15.
Flottørene 71 er adskilt for å minske kraften mot vannet, virkninger av viskositet og massetreghet, og de har lavt profil for å oppnå maksimal vertikal bevegelse. Flottør-ene 71 er nødvendigvis store for å gi den nødvendige oppdrift. Ved montering av flottørene 71 på broen 67 ved hjelp av stive armer 74, er stivheten og dimensjonene i konstruksjonen optimal. Den fulle oppdrift til flottør-ene 71 er omtrent 2,5 x 10^ kp, som selv om det er mye er vesentlig mindre enn f.eks. systemene med forankringsben og stive armer. Fig. 15 viser skipet gjennomskåret, for å vise rekken av indre flottører 71. I praksis vil det benyttes rader med fire langsgående og fire tverrgående flottører, som er sammenkoblet, når kravene til oppdrift er store. Videre vil dybden til den bakre flottør være større enn for de fremre sylindere, slik at det er dannet en kileformet rekke. Flottørene 71 er fast forbundet med broen 67 ved hjelp av armer 74 som er rette, men disse kan også være buet for å oppnå minimal åpning i dekselet 75. En senkkasse 76 som kan gi opptil omtrent 213 cm ekstra tank-lengde er vist ved den fremre ende av tankene. En flot-tør 77 på stigerøret danner den nedre ende av en forsterket, øvre stigerørseksjon 78, som muliggjør at skipet kan kobles fra stigerøret dersom det oppstår tilstander som betyr en fare for skipet og stigerøret når disse er sammenkoblet. Med strekpunktlinjer er det indikert systemet 79 for bevegelse av stigerøret. Sylindrene 83 for kompensasjon for vertikale bevegelser er vist med hevede stempelstenger. Fig. 17 viser motvekten 20 som bidrar til å utballansere broen og flottørene og muliggjør en viss reduksjon av flottørstørrelsen. Det er vist brostoppere 81, som hindrer at broen kan treffe dekkplatene og som danner en sperremekanisme. Stopperne sikrer også at broen ikke kan trykke flottørene forbi tankbunnen. Denne figur, sammen med fig. 16, viser en utførelsesform med gjennomgående sjakt i skipet.. The floats 71 are separated to reduce the force against the water, effects of viscosity and mass inertia, and they have a low profile to achieve maximum vertical movement. The floats 71 are necessarily large to provide the necessary buoyancy. When mounting the floats 71 on the bridge 67 using rigid arms 74, the stiffness and dimensions of the construction are optimal. The full buoyancy of the floats 71 is approximately 2.5 x 10^ kp, which, although it is a lot, is significantly less than e.g. the systems with anchoring legs and rigid arms. Fig. 15 shows the ship in section, to show the row of internal floats 71. In practice, rows of four longitudinal and four transverse floats, which are interconnected, will be used when the requirements for buoyancy are great. Furthermore, the depth of the rear float will be greater than that of the front cylinders, so that a wedge-shaped row is formed. The floats 71 are firmly connected to the bridge 67 by means of arms 74 which are straight, but these can also be curved to achieve minimal opening in the cover 75. A lowering box 76 which can provide up to approximately 213 cm of additional tank length is shown at anterior end of the tanks. A float 77 on the riser forms the lower end of a reinforced, upper riser section 78, which enables the ship to be disconnected from the riser if conditions arise which mean a danger to the ship and the riser when these are connected. Dashed lines indicate the system 79 for movement of the riser. The vertical movement compensation cylinders 83 are shown with raised piston rods. Fig. 17 shows the counterweight 20 which helps to balance the bridge and the floats and enables a certain reduction of the float size. Bridge stoppers 81 are shown, which prevent the bridge from hitting the cover plates and which form a blocking mechanism. The stoppers also ensure that the bridge cannot push the floats past the tank bottom. This figure, together with fig. 16, shows an embodiment with a continuous shaft in the ship.
Det benyttes to hovedtanker. Det kan oppnås inntil 425 cm bevegelse fra kardanleddet, og flottørene holdes innen skipets egne tanker. Ved å tilføye en 150 cm senkkasse ved den fremre ende av tankene kan det oppnås ytterligere bevegelse av leddet. 425 cm er et normalt krav i Nord-sjøen . Two main tanks are used. Up to 425 cm of movement can be achieved from the cardan joint, and the floats are kept within the ship's own tanks. By adding a 150 cm dropbox at the forward end of the tanks, further movement of the joint can be achieved. 425 cm is a normal requirement in the North Sea.
Skipets tverrgående skott mellom tankene må fjernes og åpningen må forsterkes rundt omkretsen. De langsgående skott kan bli stående på plass. The ship's transverse bulkheads between the tanks must be removed and the opening reinforced around the perimeter. The longitudinal bulkheads can be left in place.
Ettersom systemet for håndtering av stigerøret bare er nødvendig ved utsetting og fjernelse av stigerøret, er det vesentlig hvordan denne kan bringes på plass og lagres under bruk. Ved å anbringe systemet over hoved-opplagringen til brokonstruksjonen overføres vekten av systemet til skipets dekk, og ikke til flottørene. Systemet har form av en bevegelig vogn med en spesiell løfternekanisme. As the system for handling the riser is only necessary when deploying and removing the riser, it is essential how it can be brought into place and stored during use. By placing the system above the main bearing of the bridge structure, the weight of the system is transferred to the ship's deck, and not to the floats. The system takes the form of a mobile cart with a special lifting mechanism.
Fig. 18a og 18b viser en utførelsesform av systemet for Fig. 18a and 18b show an embodiment of the system for
håndtering av stigerør. Vognen 30 holder en kran som kan bevege seg langs to akser horisontalt og løper, på skinner 30 ved bruk av et sett hjul 32. Bevegelsene og stilling-en til vognen bestemmes av to par skruespindler, som ved å drives bevirker at kranen bestemmer bevegelsen til stigerøret som befinner seg under. Det er også anordnet et lagringsstativ 33 for stigerørdeler. Inne i vognen er en arbeidsplattform 34 dannet av en metallplate med ribber. En sperre 35 fester vognen til skinnene når den er korrekt innrettet over kardanleddet 36. En enkel handling of risers. The carriage 30 holds a crane which can move along two axes horizontally and runs on rails 30 using a set of wheels 32. The movements and position of the carriage are determined by two pairs of screw spindles, which when driven cause the crane to determine the movement of the riser which is located below. A storage rack 33 for riser parts is also provided. Inside the carriage is a work platform 34 formed from a metal plate with ribs. A latch 35 secures the carriage to the rails when it is correctly aligned over the cardan joint 36. A simple
styreanordning med tilbakeføring av opplysninger er anordnet mellom kardanleddet og motormekanismen for skruespindlene. Et kabelsystem 37 er anordnet for å trekke vognen langs broen, slik som vist. Den øvre kran-bjelken 38 og vognene 39 med hjul befinner seg mellom fremre og bakre skinner 40 på vognen. Den midtre vinsj-trommel 41 og løftehode 42 kan bevege seg langs kranbom-men på et skinnesystem 43. Løfteenheten omfatter dessuten et kuleledd 44 og en konisk sperremekanisme 45. To par skruespindler 46 er koblet til den overliggende kran-bommen 38, og vinsjtrommelen 41 drives av hydrauliske eller elektriske motorer 47 som er fullstendig synkroni-sert. Det er også vist en tilbakeføringskrets 48 for styring. control device with return of information is arranged between the cardan joint and the motor mechanism for the screw spindles. A cable system 37 is arranged to pull the carriage along the bridge, as shown. The upper crane beam 38 and the carriages 39 with wheels are located between the front and rear rails 40 of the carriage. The middle winch drum 41 and lifting head 42 can move along the crane boom on a rail system 43. The lifting unit also comprises a ball joint 44 and a conical locking mechanism 45. Two pairs of screw spindles 46 are connected to the overlying crane boom 38, and the winch drum 41 driven by hydraulic or electric motors 47 which are completely synchronized. Also shown is a feedback circuit 48 for control.
Ved konstant føring av det bevegelige stigerør holdes løftehodet i nærheten, slik at sammenkobling kan utføres. Den koniske sperremekanismen 45 kompenserer for mangel på innretting bevirket av vinkelendringene til stigerøret. Etter at løftehodet 42 er brakt ned til stigerøret føres konusen ned over enden og festes, og danner en positiv sperre. Stigerøret kan deretter heves. By constantly guiding the movable riser, the lifting head is kept close by, so that connection can be made. The conical locking mechanism 45 compensates for lack of alignment caused by the angular changes of the riser. After the lifting head 42 has been brought down to the riser, the cone is brought down over the end and fixed, forming a positive lock. The riser can then be raised.
Fig. 19 viser en tårnkonstruksjon 50 montert på et kardanledd, og en løfteblokk 51 med trinse er anordnet ved toppen av konstruksjonen. Vinsjen 52 befinner seg på et fundament som er montert på vognen. Hensikten med løftemekanismen er bare å sikre og å heve stigerøret, og den har derfor forholdsvis liten vekt. Løftehodet 53 med den indre sperremekanisme er vist over kardanleddet 54, der stigerørdelen 55 rager opp. Et armsystem 56 med et gripehode 57 befinner seg slik at det kan holde rørdeler og anbringe disse på lagringsstativet i vognen. Det er vist en tilbakeføringskrets 58. Fig. 19 shows a tower structure 50 mounted on a cardan joint, and a lifting block 51 with pulley is arranged at the top of the structure. The winch 52 is located on a foundation which is mounted on the carriage. The purpose of the lifting mechanism is only to secure and raise the riser, and it therefore has relatively little weight. The lifting head 53 with the internal locking mechanism is shown above the gimbal joint 54, where the riser part 55 protrudes. An arm system 56 with a gripping head 57 is located so that it can hold pipe parts and place them on the storage rack in the carriage. A feedback circuit 58 is shown.
Etter at en rørdel er trukket opp, står løfteren i ro mens armen 56 griper rørdelen og beveger den bort fra løfteren. Rørdelen lagres på stativet på vognen. Armen styres ved hjelp av tilbakeføringskretsen 58, basert på vinkelbevegelsene i kardanleddet, og den kan derfor følge det bevegelige stigerør slik at en rørdel kan festes uten problemer med hensyn til synkronisering. After a pipe part is pulled up, the lifter stands still while the arm 56 grips the pipe part and moves it away from the lifter. The pipe part is stored on the stand on the trolley. The arm is controlled by means of the feedback circuit 58, based on the angular movements in the gimbal joint, and it can therefore follow the movable riser so that a pipe part can be attached without problems with regard to synchronization.
Utførelsesformen i fig. 18 medfører at en øvre kran kan følge sideveis bevegelse og opprette en løfteforbindelse ved hjelp av en konisk innretning med indre sperrer. Utførelsesformen i fig. 19 har systemet montert på kardanleddet, og røret kan trekkes uten problemer, idet rørdelen kan overføres til en arm som delvis er en robot og som følger bevegelsen. The embodiment in fig. 18 means that an upper crane can follow lateral movement and create a lifting connection by means of a conical device with internal stops. The embodiment in fig. 19, the system is mounted on the cardan joint, and the pipe can be pulled without problems, as the pipe part can be transferred to an arm which is partly a robot and which follows the movement.
Oppfinnelsen kan benyttes på følgende måte:The invention can be used in the following way:
a) Utsetting av stigerøret.a) Laying out the riser.
1. Skipet ankommer stedet, stigerøret 62 føres ned, med en stigerørdel i kardanleddet 66. 2. Sperren for broen oppheves, slik at brokonstruksjon- . en kan beveges. 3. Ballast fjernes fra de indre flottører 71 for å heve broen opp fra stopperne på dekket. Oppdriften regu-leres slik at broen holdes av flottørene. 4. Kranen 30 på vognen griper en rørdel, løfteren beveges for å anbringe rørdelen over kardanleddet 66. 1. The ship arrives at the site, the riser 62 is brought down, with a riser part in the gimbal joint 66. 2. The barrier for the bridge is lifted, so that the bridge construction-. one can be moved. 3. Ballast is removed from the inner floats 71 to raise the bridge from the stoppers on the deck. The buoyancy is regulated so that the bridge is held by the floats. 4. The crane 30 on the trolley grips a pipe part, the lifter is moved to place the pipe part over the cardan joint 66.
Rørdelen senkes og kobles til en annen rørdel.The pipe section is lowered and connected to another pipe section.
5. Løfteinnretningen i systemet for håndtering senker den nedre del av stigerøret og to rørdeler. Sperren 5. The lifting device in the handling system lowers the lower part of the riser and two pipe sections. The barrier
åpnes, og sikrer deretter stigerøret på nytt.is opened, and then secures the riser again.
6. Dette gjentas inntil hele stigerøret er satt ut, med unntak av den siste rørdel, før sammenkobling. Når rørdeler tilføyes bringes broen til å flyte, ved 6. This is repeated until the entire riser is laid out, with the exception of the last pipe section, before connection. When pipe parts are added the bridge is made to float, by
bruk av øket oppdriftskraft fra flottørene.use of increased buoyancy from the floats.
7. Hydrauliske sylindere i hovedsystemet for kompensasjon av vertikale bevegelser festes til broen, og sylindrene aktiveres. Broen er nå under aktiv styring for kompensasjon. Ettersom hele vekten av broen og stigerøret bæres av flottørene, trengs ikke sylindrene for å gi krefter utover treghet, friksjon 7. Hydraulic cylinders in the main vertical movement compensation system are attached to the bridge and the cylinders are activated. The bridge is now under active management for compensation. As the entire weight of the bridge and riser is carried by the floats, the cylinders are not needed to provide forces beyond inertia, friction
og motstand.and resistance.
8. Kransystemet i vognen anbringer den siste rørdel og utfører senkning slik som tidligere, idet det aktive (hydrauliske) styresystem virker på sylindrene for å finjustere prosessen med kompensasjon for bevegelser. På denne måte er det mulig å oppnå en nesten perfekt sammenkobling til styrekonusen på bunnen, 8. The crane system in the carriage places the last pipe section and lowers as before, with the active (hydraulic) control system acting on the cylinders to fine-tune the process with compensation for movements. In this way, it is possible to achieve an almost perfect connection to the steering cone on the bottom,
også i grov sjø.also in rough seas.
9. Flere rørdeler (omtrent to) tilføyes, slik som i trinn 8, slik at stigerøret inntar sin forankrings-vinkel på omtrent 20° (skipets avstand 110 m når vanndybden er 300 m). Det nødvendige strekk i stigerøret opprettholdes under hele operasjonen ved hjelp av krefter fra broen og/eller aktiv hydraulisk 9. Several pipe parts (approximately two) are added, as in step 8, so that the riser assumes its anchoring angle of approximately 20° (the ship's distance 110 m when the water depth is 300 m). The required tension in the riser is maintained throughout the operation using forces from the bridge and/or active hydraulics
styring.steering.
10. Etter at fortøyningsposisjonen er nådd, festes dreieleddet og ledninger kobles til. Flottørene tømmes for å gi den nødvendige oppdrift for de opp-tredende værforhold og skipets dypgående. Den aktive, hydrauliske styring av sylindrene for broen opphører, og sylindrene frakobles. Broen, flottør-ene og stigerøret er nå helt sammenkoblet, og systemet er i en tilstand for passiv kompensasjon. 10. After the mooring position is reached, the swivel is attached and wires are connected. The floats are emptied to provide the necessary buoyancy for the prevailing weather conditions and the ship's draft. The active, hydraulic control of the cylinders for the bridge ceases, and the cylinders are disconnected. The bridge, floats and riser are now fully connected and the system is in a state of passive compensation.
b) Fjernelse av stigerøret i dårlig vær.b) Removal of the riser in bad weather.
1. Kranen på vognen beveges fra lagringsstillingen i rammeverket i broen, til kardanleddet. 2. Ved bruk av løftehodet fjernes dreieleddet og lagres. 3. Løftehodet festes til og hever stigerøret, under opprettholdelse av korrekt strekk. (Opphengningsanordningen frigjør stigerøret). Skipet må bevege seg forover. 1. The crane on the trolley is moved from the storage position in the framework in the bridge to the cardan joint. 2. When using the lifting head, the pivot joint is removed and stored. 3. The lifting head is attached to and raises the riser, while maintaining the correct tension. (The suspension device releases the riser). The ship must move forward.
4. Den første rørdel frakobles og lagres.4. The first pipe section is disconnected and stored.
5. Operasjonen fortsetter inntil stigerøret er fjernet. 5. The operation continues until the riser is removed.
c) Farlig situasjon, stigerøret etterlates.c) Dangerous situation, the riser is left behind.
Følgende situasjoner kan oppstå:The following situations may occur:
i) Utblåsning under vann.i) Exhalation under water.
ii) Svikt i systemet for styring av stigerøret.ii) Failure of the riser control system.
iii) Ekstreme værforhold eller øyeblikkelig behov for å iii) Extreme weather conditions or immediate need to
forlate stedet.leave the place.
iv) Andre grunner for frakobling hvor hvert system (stigerøret og skipet) klarer seg best i frakoblet iv) Other reasons for disconnection where each system (the riser and the ship) performs best when disconnected
tilstand.state.
v) Øvelsesfrakobling på passende tidspunkter.v) Practice disconnection at appropriate times.
I slike tilfeller foreslås den følgende prosedyre:In such cases, the following procedure is suggested:
1. Produksjonen stanser, dreieleddet fjernes.1. Production stops, the pivot is removed.
2. Ballast fjernes fra en allerede montert flottør for stigerøret, eller en ventende flottør monteres. 2. Ballast is removed from an already installed float for the riser, or a pending float is installed.
3. Hovedmotorene er klar til bruk.3. The main engines are ready for use.
4. Motorene gir skyvekraft akterover. Broen løftes ved hjelp av de hydrauliske sylindre. Sperrene i kardanleddet utløses. 5. Stigerøret, flottøren og den øvre, beskyttende gitterkonstruksjon frakobles og innretter seg vertikalt. Stigerøret er under fullt strekk, og er be-skyttet på grunn av det lille areal i vannflaten og det forsterkede, øvre parti. Skipet kan trygt forlate stedet. 6. Ny tilkobling kan utføres på en enkel måte, ettersom den øvre ende av stigerøret befinner seg over vannflaten. 4. The engines provide thrust aft. The bridge is lifted using the hydraulic cylinders. The locks in the cardan joint are released. 5. The riser, float and upper protective grid structure are disconnected and aligned vertically. The riser is under full tension, and is protected due to the small area in the water surface and the reinforced upper part. The ship can safely leave the site. 6. New connection can be made easily, as the upper end of the riser is above the water surface.
Det vil forstås at oppfinnelsen kan omfatte de følgende trekk: Fundamentet til stigerøret kan settes ut og anbringes på sjøbunnen fra tankskipet (når det benyttes et lett fundament som tilføres ballast i form av betong fra overflaten). Det kan også anvendes en forankringsanordning som festes med peler eller utgjør et sugeanker. It will be understood that the invention can include the following features: The foundation for the riser can be laid out and placed on the seabed from the tanker (when a light foundation is used which is supplied with ballast in the form of concrete from the surface). An anchoring device can also be used which is fixed with piles or forms a suction anchor.
En utførelsesform med en gjennomgående sjakt for stige-røret, slik som vist i fig. 16, kan anvendes i farvann hvor det finnes is. Den eneste modifikasjon som må ut-føres med skipet er anordning av sjakten. An embodiment with a continuous shaft for the riser, as shown in fig. 16, can be used in waters where there is ice. The only modification that must be carried out with the ship is the arrangement of the shaft.
En motvekt som bidrar til å utballansere broen, flottør-en, stigerøret og løfteanordningen benyttes dersom det forventes en vanndybde som er større enn 240 m, slik som vist i fig. 17. En momentarm bakenfor dreieleddet gjør at flottørstørrelsen kan minskes noe for en gitt tilstand. For høy vekt medfører øket massetreghet, slik at det benyttes et kompromiss. A counterweight that helps to balance the bridge, the float, the riser and the lifting device is used if a water depth greater than 240 m is expected, as shown in fig. 17. A torque arm behind the pivot means that the float size can be reduced somewhat for a given condition. Too much weight leads to increased mass inertia, so a compromise is used.
Buede staver som forbinder flottørene med broen medfører minskede åpninger i tankdekselet og minsker plaskevirk-ningen. Enkle pakninger langs kantene, f.eks. av gummi, holder på vesken. Curved rods that connect the floats to the bridge lead to reduced openings in the tank cover and reduce the splash effect. Simple seals along the edges, e.g. of rubber, holds the bag.
Det kan benyttes armer med varierbar geometri mellom flottørene og broen, med ender som er festet med bolter, idet flottørene beveges langs en buet bane forover eller akterover, for å motvirke kraftvariasjoner som skyldes øket masse i flottørene og motstandskraft. Arms with variable geometry can be used between the floats and the bridge, with ends that are fixed with bolts, as the floats are moved along a curved path forward or aft, to counteract force variations due to increased mass in the floats and resistance.
I det følgende henvises det til fig. 20 - 24.In the following, reference is made to fig. 20 - 24.
Med den foreliggende oppfinnelse er det tatt sikte på å komme frem til en fremgangsmåte for passiv bevegelsekom-pensasjon mellom stigerøret og tankskipet som minsker sekundære krefter, og som er universell i sin anvendelse. De sekundære krefter det her er tale om er krefter som virker mot oppdriftsbeholdere og treghetskrefter i anord ningen. Formålet er å minske belastningsendringene i stigerøret for å øke brukstiden. Noen kjente anordninger benytter en svingbar bom, idet stigerøret er festet til en ende og en motvekt er festet til den annen ende. Fig. 20 viser fremgangsmåten skjematisk. Vertikale belastninger fra stigerøret utballanseres av vekten, og horisontale belastninger fra stigerøret overføres til tankskipet via svingeleddet. Den vertikale bevegelse av tankskipet opptas ved at bjelken svinger. Dette er en kjent måte å forankre et tankskip, og det krever modifikasjoner for at fremgangsmåten skal være praktisk bruk-bar . With the present invention, the aim is to arrive at a method for passive movement compensation between the riser and the tanker which reduces secondary forces, and which is universal in its application. The secondary forces in question here are forces that act against buoyancy containers and inertial forces in the device. The purpose is to reduce the load changes in the riser in order to increase the service life. Some known devices use a pivotable boom, the riser being attached to one end and a counterweight being attached to the other end. Fig. 20 shows the method schematically. Vertical loads from the riser are balanced by the weight, and horizontal loads from the riser are transferred to the tanker via the swivel joint. The vertical movement of the tanker is recorded by the beam swinging. This is a known way of anchoring a tanker, and it requires modifications for the method to be practical.
Hensikten med bevegelseskompensasjon er å unngå at de vertikale bevegelser av tankskipet overføres til stige-røret. Den vertikale bevegelse av tankskipet akselererer motvekten, hvilket medfører en treghetskraft som endrer strekket i stigerøret. Akselerasjonen av motvekten er ikke den samme som akselerasjonen av tankskipet i svingepunktet, idet akselerasjonen til skipet multipliseres med en faktor som avhenger av armforholdet, slik som vist i fig. 21. Dersom svingepunktet befinner seg midt mellom stigerøret og motvekten, er denne faktor 2. Dette gjelder hvilket som helst motvektssystem der motvekten benyttes for å gi en vertikal kraft. Dersom f.eks. motvekten henges i en kabel som er ført opp rundt en trinse og ned til stigerøret, vil motvekten bevege seg den dobbelte distanse i forhold til trinsen, og vil derfor ha den dobbelte akselerasjon (forutsatt at stigerøret står i ro og at trinsen beveger seg). Motvekten, kabelen og trinsen har vært benyttet for bevegelseskompensasjon for stigerør til boring fordi det et enkelt arrangement, men benyttes ikke lenger fordi endringene i massetreghets-kreftene er store. Den foreliggende oppfinnelse medfører en betydelig minskning av massetreghetsvirkningene ved bevegelseskompensasjon ved bruk av motvekt. The purpose of motion compensation is to avoid that the vertical movements of the tanker are transferred to the riser. The vertical movement of the tanker accelerates the counterweight, which causes an inertial force that changes the tension in the riser. The acceleration of the counterweight is not the same as the acceleration of the tanker at the turning point, as the acceleration of the ship is multiplied by a factor that depends on the arm ratio, as shown in fig. 21. If the pivot point is located midway between the riser and the counterweight, this factor is 2. This applies to any counterweight system where the counterweight is used to provide a vertical force. If e.g. the counterweight is hung in a cable which is led up around a pulley and down to the riser, the counterweight will move twice the distance in relation to the pulley, and will therefore have twice the acceleration (provided that the riser is at rest and that the pulley is moving). The counterweight, cable and pulley have been used for movement compensation for risers for drilling because it is a simple arrangement, but are no longer used because the changes in mass inertial forces are large. The present invention results in a significant reduction in the effects of mass inertia during movement compensation using a counterweight.
Belastningen på stigerøret er proporsjonal med vekten og geometrien for bjelken og svingepunktet. Med den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til midler for å endre geometrien for bjelken og svingepunktet proporsjo-nalt med endringen av treghetskreftene, det vil si at svingepunktet beveges for å kompensere for endringene i treghetskreftene. Dette oppnås ved å erstatte svingeleddet med en vuggeflate, idet størrelsen og formen til vuggeflaten velges slik at det oppnås de ønskede egenskaper, slik som vist i fig. 22. The load on the riser is proportional to the weight and geometry of the beam and pivot point. With the present invention, means have been found to change the geometry of the beam and the pivot point proportionally to the change in the inertial forces, that is to say that the pivot point is moved to compensate for the changes in the inertial forces. This is achieved by replacing the swivel joint with a cradle surface, the size and shape of the cradle surface being chosen so that the desired properties are achieved, as shown in fig. 22.
Bevegelsene til tankskipet i svingepunktet vil være omtrent sinusformede. Når motvekten er i sitt laveste punkt er dens hastighet null, og akselerasjonen er på et maksimum, hvilketøker kraften nedover fra vekten. Av denne grunn må svingepunktet være nær vekten, for å minske momentarmen til vekten og å øke momentarmen til stigerøret. Derimot, når vekten er i sin høyeste stilling, har vekten null hastighet og maksimal akselerasjon, men i motsatt retning, hvilket minsker kraften nedover som skyldes vekten, og i dette tilfelle må svingepunktet være nær stigerøret. Dette er de to ytterstillinger til svingepunktet. Mellomliggende stillinger kan oppnås, avhengig av bevegelsen til vekten. Dersom bevegelsen er sinusformet, vil en vuggeflate utformet som en sirkelbue bevirke korrekt beliggenhet av svingepunktet under hele bevegelsen. The movements of the tanker at the turning point will be approximately sinusoidal. When the counterweight is at its lowest point, its velocity is zero and the acceleration is at a maximum, increasing the downward force from the weight. For this reason, the pivot point must be close to the weight, to reduce the moment arm of the weight and increase the moment arm of the riser. In contrast, when the weight is at its highest position, the weight has zero velocity and maximum acceleration, but in the opposite direction, which reduces the downward force due to the weight, and in this case the pivot point must be close to the riser. These are the two extreme positions of the pivot point. Intermediate positions can be achieved, depending on the movement of the weight. If the movement is sinusoidal, a cradle surface designed as a circular arc will ensure the correct location of the pivot point during the entire movement.
Anordningen av en vuggeflate som beskrevet ovenfor mulig-gjør at svingepunktet kan bevege seg, og bærer vekten av hele bjelken. Arrangementet kan imidlertid ikke overføre horisontale belastninger, hvilket er det primære formål med forankringssystemet. Det benyttes derfor et arrangement med en tannstang og et tannhjul, idet vuggeflaten utgjør tannhjul og understøttelsen utgjør tannstang. For å hindre glidning må rulleflaten til vuggeflaten falle sammen med delesirkelen til fortanningen. Det kan benyt tes en sirkelbue for vuggeflaten og en plan flate for understøttelsen. Det kan imidlertid benyttes andre former for den ene eller begge flater, avhengig av hvilke egenskaper som er ønskelige. Dersom bevegelsen til tankskipet i det faktiske svingepunkt ikke er sinusformet, men har en eller annen trinnform, kan vuggeflaten tilpasses denne. I praksis vil bevegelsene endre seg konti-nuerlig, avhengig av tilfeldige forhold i sjøen og hvordan tankskipet reagerer. Men variasjonene i forhold til egenskapene til vuggeflaten vil sannsynligvis være mini-male med hensyn til belastningene på stigerøret. The arrangement of a cradle surface as described above enables the pivot point to move, and carries the weight of the entire beam. However, the arrangement cannot transfer horizontal loads, which is the primary purpose of the anchoring system. An arrangement with a rack and pinion is therefore used, with the cradle surface forming the pinion and the support forming the pinion. To prevent slipping, the rolling surface of the cradle surface must coincide with the pitch circle of the toothing. A circular arc can be used for the cradle surface and a flat surface for the support. However, other forms can be used for one or both surfaces, depending on which properties are desirable. If the movement of the tanker at the actual turning point is not sinusoidal, but has some sort of step shape, the cradle surface can be adapted to this. In practice, the movements will change continuously, depending on random conditions in the sea and how the tanker reacts. But the variations in relation to the characteristics of the cradle surface are likely to be miniscule with respect to the loads on the riser.
Fig. 23 viser det flytende produksjonsfartøy forankret ved hjelp av stigerøret. Selv om stigerøret er vist foran bauen på tankskipet, kan stigerøret også settes ut gjennom en gjennomgående sjakt i skipet. Fig. 24 viser detaljer av utstyret vist i fig. 23. Stigerøret 101 er festet til bæremasten 102 ved hjelp av en opplagring slik at stigerøret hindres i alle bevegelser unntatt rotasjon. Tankskipet kan således dreie rundt stigerøret uten å vri dette. Holdemasten 102 for stigerøret er festet til svingebjelken 103 for bevegelseskompensasjon ved hjelp av et kardanledd 104 som muliggjør at holdemasten for stige-røret kan svinge i alle retninger. Holdemasten rager under kardanleddet, for at en motvekt kan benyttes for å sikre at masten står hovedsakelig vertikalt, og for å minske bøyebelastninger i stigerøret. Ved det nederste punkt av holdemasten 102 benyttes en føring 105 for å holde holdemasten innrettet etter stigerøret. Kardanleddet 104 befinner seg ved en ende av en svingebjelke 103. Ved den annen ende av svingebjelken er en motvekt i form av en tank 106. Tanken kan fylles med vann eller et annet fluid for å justere vekten. Vekten er tilstrekkelig stor til å utballansere utstyret i tillegg til strekkraften i stigerøret. Svingebjelken 103 bæres av vugger 107 som befinner seg over dekket, omtrent midtveis i kompensasjonsbevegelsen. Dette er for å minske den horisontale bevegelse av stigerøret på grunn av at kardanledd-enden til bjelken svinger i en bue. Dette trekk er ikke vesentlig, men er fordelaktig. Svingebjelken 103 er vist som en fagverkskonstruksjon med vuggene i stor innbyrdes avstand. Dette ikke bare muliggjør at det kan benyttes en lett konstruksjon, men gjør også at sidekrefter fra stigerøret kan opptas av vuggene. Horisontale bevegelser, både forover og akterover og fra side til side motvirkes av vuggene, ved hjelp av den ovenfor beskrevne fortanning. Når bjelken svinger, ruller de buede vuggeflater på bjelken langs bæreflatene. Det skjer ingen glidebevegelse, fordi delingen i de to for-tanninger er tilpasset hverandre. Bevegelser på grunn av sidebelastninger fra stigerøret eller sideveis treghetskrefter fra motvekten bevirker forskjellige belastninger på fortanningene på hver side av bjelken. Sidekreftene motvirkes av endebelastning på fortanningene eller ved hjelp av andre, passende trykkflater. Fig. 23 shows the floating production vessel anchored by means of the riser. Although the riser is shown in front of the hull of the tanker, the riser can also be set out through a continuous shaft in the ship. Fig. 24 shows details of the equipment shown in fig. 23. The riser 101 is attached to the support mast 102 by means of a bearing so that the riser is prevented from all movements except rotation. The tanker can thus turn around the riser without twisting it. The holding mast 102 for the riser is attached to the swing beam 103 for movement compensation by means of a cardan joint 104 which enables the holding mast for the riser to swing in all directions. The holding mast protrudes below the cardan joint, so that a counterweight can be used to ensure that the mast stands mainly vertically, and to reduce bending loads in the riser. At the lowest point of the holding mast 102, a guide 105 is used to keep the holding mast aligned with the riser. The cardan joint 104 is located at one end of a swing beam 103. At the other end of the swing beam is a counterweight in the form of a tank 106. The tank can be filled with water or another fluid to adjust the weight. The weight is sufficiently large to balance the equipment in addition to the tensile force in the riser. The swing beam 103 is carried by cradles 107 which are located above the deck, approximately midway in the compensation movement. This is to reduce the horizontal movement of the riser due to the gimbal end of the beam swinging in an arc. This feature is not essential, but is beneficial. The swing beam 103 is shown as a truss construction with the cradles at a large distance from each other. This not only enables a light construction to be used, but also means that lateral forces from the riser can be absorbed by the cradles. Horizontal movements, both forward and aft and from side to side, are counteracted by the cradles, using the teeth described above. When the beam swings, the curved cradle surfaces on the beam roll along the support surfaces. No sliding movement occurs, because the division in the two front teeth is adapted to each other. Movements due to lateral loads from the riser or lateral inertial forces from the counterweight cause different loads on the teeth on each side of the beam. The lateral forces are counteracted by end loads on the teeth or by means of other suitable pressure surfaces.
Stigerørlengdene lagres ved den fremre ende av bjelken, i utstyret 108 for tilførsel og lagring av rørdeler. Dette utstyr hever hver rørdel til masten 102, der utstyret 109 benyttes for å sammenkoble rørskjøtene og å senke stige-røret mot bunnen. Når det produseres olje gjennom stige-røret, benyttes et dreieledd 110 med flere åpninger på toppen av stigerøret. Fleksible slanger og rør benyttes for å transportere oljen fra dreieleddet til behandlings-utstyret på tankskipet. The riser pipe lengths are stored at the front end of the beam, in the equipment 108 for supplying and storing pipe parts. This equipment raises each pipe part to the mast 102, where the equipment 109 is used to connect the pipe joints and to lower the riser towards the bottom. When oil is produced through the riser, a pivot joint 110 with several openings at the top of the riser is used. Flexible hoses and pipes are used to transport the oil from the pivot to the treatment equipment on the tanker.
Tilkoblingen av stigerøret til fundamentet på sjøbunnen utføres på samme måte som beskrevet i Canadisk patent-ansøkning 430.623. Tankskipet anbringes over fundamentet på sjøbunnen. Masten 102 for stigerøret anbringes i vertikal stilling ved hjelp av hydrauliske sylindere. Utstyret 108 for tilførsel og lagring av stigerørdeler fører deretter en rørlengde mot masten, inntil enden er rett under utstyret 109 for bevegelse av stigerøret. Utstyret 109 har en vinsj og en løpeblokk av lignende type som vanligvis benyttes for borerør og foringsrør på flytende borerigger, inkludert en hydraulisk bevegelseskompensator med liten bevegelse. Denne kompensator benyttes vanligvis bare mens stigerøret tilkobles fundamentet . The connection of the riser to the foundation on the seabed is carried out in the same way as described in Canadian patent application 430,623. The tanker is placed over the foundation on the seabed. The mast 102 for the riser is placed in a vertical position by means of hydraulic cylinders. The equipment 108 for supplying and storing riser parts then leads a length of pipe towards the mast, until the end is directly below the equipment 109 for moving the riser. The equipment 109 has a winch and a running block of a similar type that is usually used for drill pipe and casing on floating drilling rigs, including a small movement hydraulic motion compensator. This compensator is usually only used while the riser is connected to the foundation.
Løpeblokken i utstyret 109 festes til enden av rørdelen og hever denne. Rørdelen svinger deretter fra horisontal stilling til vertikal stilling i masten. Den nedre ende av rørdelen styres av utstyret 108. Med rørdelen i vertikal stilling senkes denne ned på en allerede montert rørdel i stigerøret og kobles til denne. Utstyret 109 senker deretter hele stigerøret inntil den øvre ende av dette kommer til plattformen ved kardanleddet. Ytterligere rørdeler monteres på samme måte. The running block in the equipment 109 is attached to the end of the pipe part and raises it. The pipe part then swings from a horizontal position to a vertical position in the mast. The lower end of the pipe part is controlled by the equipment 108. With the pipe part in a vertical position, it is lowered onto an already mounted pipe part in the riser and connected to this. The equipment 109 then lowers the entire riser until the upper end of it reaches the platform at the cardan joint. Additional pipe parts are mounted in the same way.
Når korrekt lengde av stigerøret er satt ut, fylles motvektstanken med vann, slik at bjelken svinger og anbringer kardanleddet og masten nær den høyeste stilling. Stigerøret senkes mot fundamentet ved hjelp av utstyret. Den endelige anbringelse i horisontalplanet gjøres ved å bevege kardanleddet, som svinger stigerøret i en vinkel, og den nedre ende av stigerøret vil henge på et annet sted. Vertikal bevegelse under denne operasjon skjer delvis ved hjelp av svingebjelken, men hovedsakelig ved hjelp av kompensatoren i utstyret. Etter at stige-røret er festet til fundamentet avbrytes fremdriften av tankskipet og posisjonsholdingen, og motvektstanken fylles med vann for å gi korrekt strekk i stigerøret. På dette tidspunkt er de aktivt styrte systemer ute av drift, og tankskipet driver med bølgene, vinden og strøm-mene inntil stigerøret inntar en likevektstilling. When the correct length of riser is set out, the counterweight tank is filled with water, so that the beam swings and places the gimbal and mast near the highest position. The riser is lowered towards the foundation using the equipment. The final placement in the horizontal plane is done by moving the gimbal, which swings the riser at an angle, and the lower end of the riser will hang in another place. Vertical movement during this operation takes place partly with the help of the swing beam, but mainly with the help of the compensator in the equipment. After the riser is attached to the foundation, the progress of the tanker and the position hold are interrupted, and the counterweight tank is filled with water to give the correct tension in the riser. At this point, the actively controlled systems are out of action, and the tanker drifts with the waves, wind and currents until the riser reaches an equilibrium position.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000430623A CA1223486A (en) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | Riser moored floating production system |
| CA000447301A CA1227380A (en) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Motion compensation means for a floating production system |
| CA000453365A CA1212251A (en) | 1984-05-02 | 1984-05-02 | Weight type motion compensation system for a riser moored tanker |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO842405L true NO842405L (en) | 1985-03-27 |
Family
ID=27167352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO842405A NO842405L (en) | 1983-06-17 | 1984-06-15 | DEVICE AND PROCEDURE FOR SUPPLYING A HYDROCARBON PRODUCTION SYSTEM ASSOCIATED WITH A SHIP |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| GB (1) | GB2141470B (en) |
| NO (1) | NO842405L (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1227380A (en) * | 1984-02-13 | 1987-09-29 | Frank Faller | Motion compensation means for a floating production system |
| CA1212251A (en) * | 1984-05-02 | 1986-10-07 | Canocean Resources Ltd. | Weight type motion compensation system for a riser moored tanker |
| US5722492A (en) * | 1996-08-22 | 1998-03-03 | Deep Oil Technology, Incorporated | Catenary riser support |
| US6554072B1 (en) | 2000-06-15 | 2003-04-29 | Control Flow Inc. | Co-linear tensioner and methods for assembling production and drilling risers using same |
| DE60118383D1 (en) | 2000-06-15 | 2006-05-18 | Control Flow Inc | TELESCOPIC CLAMPING DEVICE FOR A PIPE CONNECTION |
| US6968900B2 (en) | 2002-12-09 | 2005-11-29 | Control Flow Inc. | Portable drill string compensator |
| US7008340B2 (en) | 2002-12-09 | 2006-03-07 | Control Flow Inc. | Ram-type tensioner assembly having integral hydraulic fluid accumulator |
| US7314087B2 (en) | 2005-03-07 | 2008-01-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Heave compensation system for hydraulic workover |
| US7219739B2 (en) | 2005-03-07 | 2007-05-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Heave compensation system for hydraulic workover |
| US7281585B2 (en) * | 2006-02-15 | 2007-10-16 | Schlumberger Technology Corp. | Offshore coiled tubing heave compensation control system |
| FR3103571B1 (en) * | 2019-11-27 | 2021-10-22 | Thales Sa | SONAR DEVICE |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4200054A (en) * | 1976-12-10 | 1980-04-29 | Elliston Thomas L | Stabilized hoist rig for deep ocean mining vessel |
-
1984
- 1984-06-15 NO NO842405A patent/NO842405L/en unknown
- 1984-06-18 GB GB08415468A patent/GB2141470B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8415468D0 (en) | 1984-07-25 |
| GB2141470A (en) | 1984-12-19 |
| GB2141470B (en) | 1987-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4744697A (en) | Installation and removal vessel | |
| AU2010273448B2 (en) | Downhole intervention | |
| US8628287B2 (en) | Fallpipe stone dumping vessel | |
| JP2021512831A (en) | Devices and methods for providing large, elongated objects with longitudinal directions into the bottom of the water | |
| EP2885239B1 (en) | Offshore crane | |
| NO145131B (en) | DISPOSAL DEVICE FOR TRANSMISSION OF MANUFACTURES AND / OR LOAD BETWEEN TWO MARINE VESSELS OR VESSELS AND FIXED CONSTRUCTION, SUCH AS A FRONT PLATFORM | |
| RU2619791C2 (en) | Load manipulation in sea water area | |
| NO325043B1 (en) | Method and apparatus for placing objects on the seabed | |
| NO180173B (en) | Method and apparatus for mounting a platform chassis for an artificial island on an underwater foundation | |
| CN1350499A (en) | working boat | |
| NO321885B1 (en) | Rorleggingsfartoy | |
| US7063159B2 (en) | Multi-purpose coiled tubing handling system | |
| NO842405L (en) | DEVICE AND PROCEDURE FOR SUPPLYING A HYDROCARBON PRODUCTION SYSTEM ASSOCIATED WITH A SHIP | |
| NO810148L (en) | ANCHOR. | |
| EP1272419B1 (en) | Load transfer system | |
| US20210078840A1 (en) | A lifting device | |
| GB2175946A (en) | Offshore production systems | |
| CN101337575A (en) | Anchor handling device | |
| GB2175945A (en) | Offshore production systems | |
| US5577874A (en) | Method and apparatus for the transfer of loads from a floating vessel to another or to a fixed installation | |
| NO136726B (en) | ||
| CA1223486A (en) | Riser moored floating production system | |
| NO792877L (en) | DEVICE FOR EXECUTION OF WORK ON A DIPPED PIPELINE | |
| NO171958B (en) | FLOAT CONSTRUCTION FOR OFFSHORE DRILLING AND PRODUCTION OF PETROLEUM PRODUCTS | |
| Mayfield et al. | Installation of the bullwinkle platform |