NO302350B1 - Forbindelsesstykke for feste av en fortöyning i en strekkforankringsplattform til sjöbunnen - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et forbindelsstykke for løsbart feste av en fortøyning i en strekkforankringsplattform til sjøbunnen, som angitt i innledningen i krav 1.

Offshore petroleumsboring og produksjon har blitt en betydelig industri over hele verden. Mange teknikker har blitt utviklet for å oppnå det som til å begynne med så ut til å være umulig, nemlig boring og produksjon av petroleumsreserver fra under sjøbunnen til en plattform på overflaten.

En viktig konstruksjon som har vunnet betydelig suksess ved offshore petroleumsproduksjon er strekkforankringsplatt formen (TLP). Dette er en plattform som bokstavelig talt er festet til sjøbunnen ved hjelp av et antall fortøyninger som strekker seg vertikalt fra sjøbunnen til plattformen som flyter på overflaten. Fortøyningene holdes strukket av plattformens oppdrift. Tidevannsbevegelser og bølgevirkninger kompenseres det for ved sideveis bevegelse av plattformen og fortøyningene. De vertikale bevegelser som normalt forbindes med sjøens hive-stampe- og rullebevegelser, elimineres ved den kombinerte oppdrift fra plattformen og fortøyningene. Typisk er en låsekonstruksjon permanent montert på sjøbunnen for å kunne motta fortøyningene sammen med en mekanisme for å oppta fortøyningenes svingebevegelser. Plattformen blir så satt på plass med fortøyningene festet til konstruksjonen på sjøbunnen. Plattformene kan holdes på plass i mange år under boring og produksjon, men det er forutsatt at plattformen og fortøyningene eventuelt kan løsnes fra låsekonstruksjonen montert på sjøbunnen for å kunne brukes et annet sted, eller for å skrotes.

Flere konstruksjoner har blitt foreslått for låsemekanismen for å feste fortøyningene til sjøbunnens mottaksmekanismer. En er vist i US patentskrift nr. 4 498 814 av 12.02.1985, tildelt Vickers. Konstruksjonen har en patronform med skulderblokker som utplasseres i berøring med en fortøyningshylse på sjøbunnen. Et bøyelig ledd gjør det mulig for fortøyningen å bevege seg i vinkel eller dreie. Imidlertid krever denne konstruksjon hydraulisk medvirkning for å løsne fortøyningen. Den nødvendige hydraulikk krever at en hydraulisk ledning under trykk strekker seg fra forbindelsstykket ved sjøbunnen til overflaten hvor den hydrauliske pumpe og styrekrets er plassert. Den hydrauliske ledning blir typisk ført gjennom fortøyningens innvendige hulrom. Hvis deler av fortøyningens indre er utformet tørt for å øke oppdriften vil det kreve store anstrengelser for å tette ledningen ved hullet i bunnen ved den nedre ende av fortøyningen. Hvis inspeksjonsutstyr føres igjennom fortøyningens indre kan de skade den hydrauliske ledning som går gjennom forbindelsesstykket. Denne avhengighet av hydraulisk drift reiser spørsmålet om det er pålitelig å utløse forbindelsesstykket etter så lang driftstid som dette systemet krever. Enhver tetning som brukes kan lett svekkes og svikte over et tidsrom som kan strekke seg så langt som 30 år. Etter som forbindelsesstykkets arbeidende komponenter er plassert inn i sperre- eller låselegemet og skjult fra utsiden vil det nesten være umulig å foreta en visuell undersøkelse for å analysere eller identifisere mekaniske eller hydrauliske problemer.

I en annen utforming av et forbindelsstykke for TLP er vist i US patentskrift nr. 4 439 055 av 27.03.1984, tildelt Vetco Offshore, Inc. Konstruksjonen i dette patent baserer seg på en rekke gripefester med tilhørende skulderblokker. Gripefestene er montert i den nedre ende av fortøyningen og holdes tilbaketrukket når fortøyningen settes inn i en fordypning i konstrukjsonen montert på sjøbunnen. Hvert gripefeste er svingbart montert til fortøyningen. Etterhvert som fortøyningen føres inn i konstruksjonen på sjøbunnen vil et løpende verktøy frigjøre gripefestene som svinger mot en mottaksanordning for å feste fortøyningen. For å utløse fortøyningen blir et f rig j øringsverktøy kjørt ned gjennom hullet i fortøyningen for å trekke gripefestene tilbake. Konstruksjonen er uforenelig med en fortøyning som har et tørt indre siden frigjøringsverktøyet må føres fra overflaten til forbindelsesstykket inn i fortøyningen. Også i dette tilfelle er visuell undersøkelse og en bekreftelse av låsingen vanskelig.

For ytterligere å komplisere forbindelsesstykkets konstruksjon krever industrien tilværelsen av en sekundær frigjøringsteknikk hvis den primære frigjøringsteknikk svikter.

Formålet med oppfinnelsen er å unngå de ovenfor nevnte ulemper og tilveiebringe et forbindelses stykke av ovennevnte type som virker på en enklere og sikrere måte.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at forbindelsesstykket har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er

angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et perspektivriss av et dreiende forbindelsesstykke med tapp ifølge den første utførelse av oppfinnelsen, fig. 2 er et vertikalt snittriss av sperreenheten i forbindelse med forbindelsesstykket på fig. 1, fig. 3 er et topplanriss av mottaksenheten på fig. 1, og fig. 4 er et riss av mottaksenhetens indre i utbrettet tilstand.

Med henvisning til fig. 1 er det vist et dreiende forbindelsesstykke 10 med forankring av en fortøyning 12 i en strekkforankringsplattform (TLP) 14 til sjøbunnen. Forbindelsstykket omfatter en forankringssperreenhet 18 som danner den nedre ende av fortøyningen 12 og en mottaksenhet 20 som er fast montert på sjøbunnen 16.

Sperreenheten 18 vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 2. Sperreenheten 18 kan brukes med en hvilken som helst fortøyningskonstruksjon som tillater vertikal oppover- og nedoverbevegelse av enhetene. Imidlertid har den viste fortøyning 12 en form av et rør med et hult, tørt indre som gir en nesten nøytral oppdrift av fortøyningen etter installasjon. F.eks. kan fortøyningen ha en hoveddiameter langsetter det meste av dens lengde på omtrent 1 m. Fortøyningen avsmalner fortrinnsvis ved del 22 hvor enheten er festet, for å minske belastningene mot fortøyningen når den svinger i forhold til forbindelsstykket 10 og sjøbunnen 16 (se fig. 1). F.eks. kan delen 22 avsmalne til en endelig diameter på omtrent 70 cm i forhold til den angitte diameter for størstedelen av fortøyningen. Imidlertid bestemmes en slik avsmalning eller endret utforming generelt av hele systemets utforming og ikke bare av virkemåten for oppfinnelsen.

En midtaksel 24 er festet til delen 22. Den endre ende av akselen 24 ender i en halvrund, konkav overflate 26 som er dannet rundt radius Rx sentrert ved punkt 28 på den vertikale symmetriakse 30 for fortøyningen 12 og sperreenheten 18. Overflaten 26 dannes delvis av en flens 32 som avgrenser en halvrund overflate 34 på yttersiden med en krumningsradius R2 og sentrert mot punkt 28.

En elastomerisk enhet 36 er festet ved innerflaten 38 til overflaten 34 av flensen 32. Den elastomeriske enhet er fortrinnsvis en enhet bestående av et antall enkelte elastomeriske elementer 40 av elastomerisk materiale dannet til halvrunde deler med radiuser sentrert mot punkt 28 som sammen danner enheten 36. Om ønskelig kan faste forsterkningselementer 42 som hver er en halvrund del med radius sentrert mot punkt 28, feste mellom elementene for å forsterke den elastomeriske enhet 36. En krage 44 med en halvrund innerflate 46 med radius sentrert mot punkt 28 er festet til ytterflaten 48 av den elastomeriske enhet 36..

En dreiende ring 50 er festet rundt flensen 32 og kragen 44, som vist. Ringen 50 har en sentreringskule 52 med en konveks halvrund overflate 54 med radius omtrent lik Rx sentrert mot punkt 28, som kan hvile mot overflaten 26 av sentrumsakselen 24 for å føre svingebevegelsen mellom elementene rundt punkt 28. Kragen 44 berører en skulder 56 på ringen 50 for å holde ringen mot kraven 44, men gjør det mulig å dreie ringen 50 rundt aksen 30 i forhold til flensen 32 og fortøyningen 12. Tre tapper 58 strekker seg radialt utover fra ringens ytterflate 60 på radiuser som er vinkelrett på aksen 30. Som det best vil fremgå fra fig. 1, kan tappene ha en diamantform som inkluderer øvre skråflater 62 og 64 og nedre skråf later 66 og 68. Tappene er rettet med jevne mellomrom fra hvrandre rundt ytterflaten 60 som for tre tapper utgjør 120° skille mellom en tapp og nærliggende tapper.

Mottaksenheten 20 vil nå bli beskrevet med henvisning til figurene 1, 3 og 4. Enheten 20 omfatter en sylinder 70 som er fast montert til sjøbunnen 16.

Monteringen kan utføres ved hjelp av en hvilken som helst godkjent teknikk. Tre deler 74, 76 og 78 er montert på innerflaten 72 av sylinderen 70. Hver del avgrenser skrå primære føringsf later 80 og 82, sidevegger 84 og 86, nedre skråflater 88 og 90, og en innskjæring 92, innvendig. Under delene 74, 76 og 78 er det en ring 94 som avgrenser flere sekundære føringsf later 96 som veksler mellom sekundære kontaktføringsflater 98 og sekundære frigjørings-f later 100. I forbindelse med hver føringsf late 96 er det en motstående vertikal flate 102 for å stoppe dreining av tappene 58 ved den riktige avstand.

Med henvisning især til fig. 4 vil forbindelsesstykket nå bli beskrevet. Fortøyningen og forankringssperreenheten 18 blir senket til mottaksenheten 20. På et sted vil tappene 58 trenge inn i sylinderens 70 åpning og flytte seg nær primærføringsflåtene 80 og 82. Det vil fremgå at føringsf laten 80 på en del og føringsf laten 82 på nærliggende føringsdel samvirker for å dreie ringen 50 og rette tappene som berører en av flatene inn i vertikale slisser 104 dannet mellom sideveggene 84 og 86 av nærliggende deler.

Hver aV de tre eller flere tapper 58 vil berøre en av flatene 80 eller 82 omtrent samtidig. Tappene vil da gli nedover langs overflatene og ringen 50 vil dreie rundt aksen 30 slik at tappene kommer på linje med tappene med de vertikale slisser 104. For å oppta bevegelsen vil skulderen 56 dreie mot kragen 44 slik at det ikke er nødvendig å dreie fortøyningen rundt sin vertikale akse 30 for å gripe inn i forbindelsesstykket.

Når fortøyningen fortsetter nedover vil den nedre skråf late 68 på hver tapp gripe inn i den sekundære kontakt førings-flate 98 nederst på hver vertikale sliss 104. Ytterligere bevegelse nedover vil få ringen 50 til å dreie rundt aksen 30 i forhold til fortøyningen inntil tappene støter mot stopperne 102. Ved dette punkt kan fortøyningen ikke lenger flytte seg nedover. På overflaten vil stopp av fortøyningens bevegelse nedover gi signal til å løfte fortøyningen for å utføre de endelige trinn med å låse sperreenheten inn i mottaksenheten. Når fortøyningen løftes, vil den øvre skråflate 64 av hver tapp møte overflaten 90 på en del og dreie ringen rundt aksen 30 akkurat nok til at hver tapp står overfor en innskjæring 92 slik at hver tapp kan festes inn i en innskjæring for å fullføre forbindelsen. Strekket i fortøyningen 12 forårsaket av plattformens oppdrift vil holde tappene inne i innskjæringene 92.

Etter tilkopling vil bølge- og tidevannsvirkningen mot plattformen kunne opptas av fortøyningens 12 svingebevegelse rundt svingpunktet 28 som tillates ved bøyning av den elastomeriske enhet 36. Typisk brukes flere fortøyninger og forbindelsesstykker for hver plattform.

Når det blir påkrevet å frakople fortøyningen 12 fra enheten 20, enten det er for inspeksjon, vedlikehold eller fjerning av plattformen fra stedet, blir fortøyningen 12 flyttet nedover slik at hver tapp berører en sekundær frigjøringsføringsflate 100. Ytterligere flytting av fortøyningen nedover vil få tappene til å gli ned flatene 100 med ringen 50 igjen dreiende i forhold til fortøyningen rundt aksen 30, inntil tappenes bevegelse stoppes av stopperne 102 mot overflaten 100. Bevegelsens avslutning blir igjen avfølt på overflaten og gir et signal til å begynne å løfte fortøyningen.

Når fortøyningen løftes vil flatene 64 på tappen 58 berøre overflatene 88 på hver del 74, 76 og 78, slik at ringen 50 dreies og gjør det mulig for tappene å bevege seg opp gjennom de vertikale spor 104 slik at f orankringssperreenheten 18 frakoples fra mottaksenheten 20.

Hvis et fjernstyrt, nedsenkbart fartøy (R.O.V.) er tilgjengelig, kan fortøyningen og mottaksenheten merkes med forskjellige aksiale og perifere markeringer som kan ses av R.O.V. for å overvåke låsings- og frigjøringsoperasjonen. F.eks. kan riktig innsettelse av fortøyningen inn i mottaksenheten hjelpes og bekreftes av R.O.V. ved å tilveiebringe aksiale merker på fortøyningen og mottakssammenstillingen som flyttes i stilling ved innsettelse av fortøyningen. R.O.V. kan også brukes for å hjelpe og bekrefte den aksiale bevegelse av ringen 50 og mottaksenheten til forskjellige aksiale funksjonspunkter ved å føre de perifere markeringer på fortøyningen og mottaksenheten overfor hverandre.

En særlig fordel med oppfinnelsen i forhold til tidligere konstruksjoner er evnen til å tilveiebringe en pålitelig sekundær frigjøringsmekanisme. Som tidligere nevnt behøver fortøyningen 12 ved normal drift aldri å bli dreiet rundt sin vertikale akse ved festing eller frigjøring av fortøyningen. Den nødvendige dreining for å feste tappene 58 til innskjæringene 92 og etterpå frigjøre disse tappene, foretas ved å dreie ringen 50 i forhold til fortøyningen. Hvis normaldrift av forbindelsstykket er umulig på grunn av korrosjon, skade eller andre faktorer, kan tappene flyttes i forhold til delene 74, 76 og 78 ved å dreie fortøyningen 12 rundt sin vertikale akse 30 og frigjøre tappene fra innskj æringene.

Selv om tre tapper 58 og samvirkende innskjæringer 92 er vist på figurene og beskrevet ovenfor, vil det fremgå at fordelen med oppfinnelsen kan realiseres ved å bruke flere eller færre samvirkende tapper og innskjæringer.

Selv om tappene har blitt vist med diamantform kan andre former brukes som samvirker med føringsf låtene og innskjæringene. F.eks. kan tappene ha en rund form. Fortrinnsvis er innskjæringenes form og tappenes gripeflate formet slik at de fordeler kreftene overført mellom tappene og innskjæringene så likt og jevnt som mulig.

Videre har tappene blitt vist elastisk montert til den nedre ende av fortøyningen. Imidlertid kan tappene monteres permanent på sjøbunnen enten inne i sylinderen 70 eller montert på en annen konstruksjon, og delene 74, 76 og 78 elastisk festet til den nedre ende av fortøyningen for å samvirke med tappene på vesentlig samme måte. På denne måte kan enten tappene eller delene 74, 76 og 78 monteres for å dreie rundt aksen 30. Faktisk kan tappene og delene 74, 76 og 78 alle monteres for å kunne dreie rundt aksen 30. Om ønskelig kan den elastomeriske enhet danne del av den permanente installasjon på sjøbunnen og koples til tilhørende deler eller tapper.

På figurene og i den ovennevnte beskrivelse har det bare blitt brukt en rekke med tapper og innskjæringer. Imidlertid kan det være ønskelig å bruke flere rekker med tapper og innskjæringer for å tilveiebringe en større overføringskraft. I en slik konstruksjon kan sylinderen 70 strekkes høyere for å kunne montere flere rekker med deler 74, 76 og 78 stablet i vertikale rekker, men som avgrenser felles, vertikale spor. Ringen har flere rekker med tapper hvor hver tapp i en rekke er stablet vertikalt over eller under en tilsvarende tapp i nærliggende rekke. Delene 74, 76 og 78 kan stables tilstrekkelig langt fra hverandre vertikalt, slik at en tapp i en gitt rekke kan dreies mellom flaten 90 av en gitt del og flaten 82 av delen nedenfor denne, for å innkople innskjæringen i den gitte del. I en slik konstruksjon vil den nederste rekke tapper berøre de øverste deler 74, 76 og 78 for å rette ringen og tappene på linje med de vertikale spor. Når tappene beveger seg nedover vil den nederste rekke med tapper møte flatene 98 for å dreie tappene i alle rekker på linje med innskjæringene som skal motta dem. Når fortøyningen beveger seg vertikalt oppover vil alle tapper gripe samtidig inn i tilhørende innskjæringer. Når tappene frigjøres vil overflaten 68 av hver tapp og overflaten 80 av delen like nedenfor denne samtidig gå i inngrep med den nederste rekke med tapper som er i inngrep med overflaten 100 for å rette inn tappene for fjerning.

Selv om en utførelse av oppfinnelsen har blitt vist på de medfølgende tegninger og best beskrevet i detalj ovenfor, vil det fremgå at oppfinnelsen ikke er begrenset til denne utførelse, men kan endres, modifiseres og erstattes av deler og elementer uten at oppfinnelsens område fravikes.

Claims (11)

1. Forbindelsesstykke for løsbart feste av en fortøyning i en strekkforankringsplattform til sjøbunnen, omfattende: - en første del for feste til sjøbunnen, - en andre del for feste til den nedre ende av fortøyning-en (12), - en ring (50) for feste til en av den første og andre del, hvor ringen har en sentral vertikal akse (30), og med minst en tapp (58) som strekker seg horisontalt derfra langs en radius med senter på den vertikale akse, - en sylindrisk anordning (70) for feste til den andre av nevnte første og andre del, hvor den sylindriske anordning har en sentral vertikal akse, en primær føringsflate (80,82) en vertikal sliss (104), en sekundær føringsflate (98) og en innskjæring (92), og - dreie- og rotasjonsanordning (26,44,54,56) forbundet med en av nevnte ring (50) og nevnte sylindriske anordning (70) for å tillate dreining av fortøyningen i forhold til sjøbunnen og rotasjon av nevnte ene av nevnte ring og nevnte sylindriske anordning, om dens sentrale vertikale akse, i forhold til dens tilknyttede første og andre del, hvor tappen og den primære føringsflate er anordnet slik at når det er i bruk vil senkning av fortøyningen (12) bevirke at tappen (58) kommer i kontakt med den primære føringsflate (80,82) og påfølgende senking av for-tøyningen bevirker at den primære føringsflate fører tappen inn i og langs den vertikale sliss (104) og i kontakt med den sekundære føringsflate (98), hvor den sekundære føringsflate er anordnet for å føre tappen mot oppretting med innskjæringen (92) slik at påfølgende bevegelse oppover av fortøyningen bevirker at tappen går inn i innskjæringen, KARAKTERISERT VED at den sylindriske anordning (70) omfatter en sylindrisk opptaksenhet anordnet for å oppta ringen (50), at dreie- og rotasj onsanordningen er forbundet med ringen, at dreie- og rotasjonsanordningen omfatter en elasto merisk enhet (36) festet til en av nevnte første og andre del og også festet til en krage (44) på hvilken nevnte ring er dreibart montert for dreining om dens vertikale akse, og at tappen ved entring i innskjæringen får inngrep med innskjæringen for å feste fortøyningen til sjøbunnen.

2. Forbindelsesstykke ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tre tapper (58) strekker seg fra ringen (50) og er jevnt fordelt med mellomrom rundt ringen, og den sylindriske opptaksenhet (70) omfatter tre deler (74,76,78), hvor hver del avgrenser en innskjæring (92) for opptak av en av tappene.

3. Forbindelsesstykke ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at den sylindriske opptaksenhet videre omfatter minst én sekundær frigjørende føringsflate (100) anbrakt slik at etter senking av fortøyningen er hver tapp (58) frakoplet fra dens innskjæring (92), er brakt i kontakt med den eller en sekundær frigjørende føringsflate, og er dreid om den sentrale vertikale akse mot oppretting med den vertikale sliss (104), hvor påfølgende bevegelse oppover av fortøyningen bevirker at den eller hver tapp beveger seg gjennom en vertikal sliss for å frigjøre fortøyningen.

4. Forbindelsesstykke ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den sylindriske opptaksenhet omfatter første, andre og tredje deler (74,76,78) festet på en innervegg derav, hvor hver del avgrenser en primær føringsflate (80,82) derpå og en innskjæring (92) nedenfor den primære føringsflate, hvor den vertikale sliss (104) er avgrenset mellom hver av delene, den sylindriske enhet omfatter videre en ringformet ring (94) montert på den indre flate av den sylindriske opptaksenhet nedenfor delene (74,74,76,78), hvor den ringformede ring avgrenser flere av nevnte oppover vendte sekundære føringsflater (93).

5. Forbindelsesstykke ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at en av nevnte første og andre del omfatter en senteraksel (24) som avgrenser en halvkuleformet konkav overflate (26) sentrert på et første punkt (28) på den sentrale vertikale akse av ringen (50), og en flens (32) avgrenser en halvkulef ormet overflate (34) som også er sentrert på det første punkt (28), hvor ringen (50) har en sentreringskule ( 52) som avgrenser en konveks halvkulef ormet overflate for glidende inngrep med den halvkuleformede konkave overflate (76) av den sentrale aksel, hvor de halvkuleformede overflater har overveiende lik krumningsradius.

6. Forbindelsesstykke ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at den elastomeriske enhet (36) er operativt anbrakt mellom den halvkuleformede overflate (34) av flensen (32) og kragen (44) av ringen (50), hvor den elastomeriske enhet er anordnet for å tillate dreiebevegelse av fortøyningen om det første punkt (28), hvor ringen videre har første, andre og tredje tapper (58) som strekker seg horisontalt derfra.

7. Forbindelsstykke ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at tappene (58) er anordnet for å gå i inngrep med de primære føringsflater (80,82) for å dreie tappene og ringen (50) om den vertikale akse for å rette inn tappene med de vertikale slisser (104) mellom nevnte tre deler (74,76,78) etter hvert som fortøy-ningen senkes, og ringen og tappene tilveiebrakt derpå er anordnet til å bevege seg nedenfor innenfor den sylindriske opptaksenhet for å berøre de sekundære føringsflater (98) for å føre tappene og dreie ringen for å anbringe hver tapp nedenfor en av nevnte første, andre og tredje del (74,76,78), slik at tappene kan gå i inngrep med innskjæringene for å feste fortøyningen til sjø-bunnen .

8. Forbindelsesstykke ifølge ett av kravene 4-7, KARAKTERISERT VED at hver av nevnte deler (74, 76, 78 ) har en omvendt U-form med første og andre avskrånede primære føringsflater (80,82), første og andre nedre avskrånede flater (88,89), vertikale sidevegger (84,86) og en innskjæring (92).

9. Forbindelsesstykke ifølge ett av kravene 4-8, KARAKTERISERT VED at den elastomeriske enhet er dannet av flere elastomeriske elementer (40) bundet sammen, hvor hvert element er dannet av et halvkuleformet avsnitt som har en radius sentrert på det første punkt.

10. Forbindelsesstykke ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at den elastomeriske enhet (36) har stive forsterkningselementer (42) formet til halvkuleformede avsnitt som har en radius sentrert på det første punkt (28).

11. Forbindelsesstykke ifølge ett av kravene 1-10, KARAKTERISERT VED at tappen eller hver tapp ( 58 ) har en diamantf orm omfattende første og andre avskrånede øvre flater (62,64) og første og andre avskrånede nedre flater (66,68).