(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

Transkript

1 (12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE (1) Int Cl. F16L 9/18 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag (8) Videreføringsdag (24) Løpedag () Prioritet (41) Alm.tilgj (4) Meddelt (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Arild Figenschou, Nordengveien 16, 1396 BILLINGSTAD, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Undersjøisk kontrollkabel / produksjonsledning (6) Anførte publikasjoner NO C, NO 3890 B1, GB A (7) Sammendrag Det er vist en marin, fleksibel, integrert kabelstreng (kontrollkabel, injeksjonskabel, produksjonskabel eller produksjonsrør). Kabelstrengen innbefatter et kjerneelement (12), et antall omkringliggende fluidstrømningsrør (7) og eventuelt elektriske ledere (8), et fyllstoff mellom fluidstrømningsrørene (7) og de elektriske ledere (8), og en utvendig kappe (1) av egnet materiale. Fyllstoffet omfatter flere indre og ytre kanalelementer (2,3,4) som er snodd om kabelstrengens lengdeakse og satt sammen slik at de omslutter kjerneelementet (12) og danner kanaler (11, 11a) for opptak av de omkringliggende fluidstrømningsrør (7) og elektriske ledere (8). Minste en av kanalene (1la) er utvidet i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene/lederene uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen.

2 1 Undersjøisk kontrollkabel / produksjonsledning Foreliggende oppfinnelse vedrører en marin, fleksibel, integrert kabelstreng (kontrollkabel, injeksjonskabel, produksjonskabel eller produksjonsrør), hvilken kabelstreng innbefatter et kjerneelement, et antall omkringliggende fluidstrømningsrør og eventuelt elektriske ledere, et fyllstoff mellom fluidstrømningsrørene og de elektriske ledere og en utvendig kappe av egnet materiale, hvilket fyllstoff omfatter flere indre og ytre kanalelementer som er snodd om kabelstrengens lengdeakse og satt sammen slik at de omslutter kjerneelementet og danner kanaler for opptak av de omkringliggende fluidstrømningsrør og elektriske ledere, idet de nevnte rør og ledere er aksialt fritt bevegelige i kanalene samtidig som rørene er i stand til å bidra til å bære kabelens egenvekt. 1 Hele kabelstrenger av denne typen og hvordan de blir fremstilt er vist i NO og NO Ytterligere eksempler på teknikkens stand er vist i GB A. Den sistnevnte omfatter en hybrid stigerørskonfigurasjon hvor stigerørene ligger med god margin inne i grove føringsrør av aluminium. De enkelte stigerør bidrar ikke til lastbæringen av stigerørskonfigurasjonen. 2 Slike kabelstrenger er beregnet på bruk under vann til overføring av fluid, og eventuelt elektrisk energi, hydraulisk væske og signaler én eller begge veier. Som benyttet her, er betegnelsen kabelstreng ment å omfavne en fleksibel eller bøyelig rør- og kabelbunt som omfatter mange overføringslinjer så som elektriske kabler, både for energi og signaler, og fluidtransportrør, både for væske og gass. Typisk vil disse fluidtransportrør være av stål med mindre diameter og kan eksempelvis benyttes til høytrykks hydraulisk væske for å aktivisere utstyr, så som ventiler, på havbunnen. Videre innbefatter de tradisjonelt et sentralt stålrør med større diameter for transport av større væskemengder, så som metanol for injisering i en olje- eller gassbrønn. Ett eller flere av strømningsrørene kan også benyttes til kjemikalier som skal injiseres i en formasjon eller tilbakeføring av brukt væske. I en alternativ utførelse kan det sentrale stålrør være erstattet med et lastbærende element, så som en stålwire.

3 2 Kabelstrenger av denne typen er eksemplifisert og beskrevet i den ovenfor nevnte publikasjon og går blant fagfolk under betegnelsen umbilicals. Det er imidlertid ikke avgjørende at kabelstrengen omfatter elektriske ledere i tverrsnittet og man kan tenke seg den som en rørbunt, eventuelt med et sentralt rør av betraktelig dimensjon for transport av produsert olje og gass til overflaten på samme måte som stigerør. Et slikt produksjonsrør går under betegnelsen IPU (Integrated Production Umbilical). 1 En tidlig anvendelse av slike kontrollkabler var mellom et overflatefartøy og et neddykket fjernstyrt fartøy. Det har etter hvert utviklet seg et ønske om å kunne transportere oppvarmede fluider i fluidtransportrørene. Dette fordi det i enkelte situasjoner kan være ønskelig å holde temperaturen på produksjonsfluidet, dvs olje og/eller gass, i produksjonsrørledningen så høy som praktisk mulig. Lavere temperatur vil kunne medføre at produksjonsfluidet får høyere viskositet og derved får redusert strømningshastighet. Dessuten kan det dannes voks som legger seg på rørveggen og innsnevrer rørtverrsnittet. Dette innebærer gjerne et behov for en temperatur på 0-0 C, men også en høyere temperatur er fullt mulig dersom trykket i røret økes. En måte å tilføre varme til fluidtransportrørene er å benytte kjølefluid eller spillfluid direkte fra en termisk arbeidsprosess på en installasjon. En annen måte er å installere elektriske varmekabler. 2 Det vil med dette oppstå en ny situasjon i kabelstrenger av den angjeldende type ved at ett eller flere fluidtransportrør som utsettes for oppvarmet fluid vil bli utsatt for termisk ekspansjon i lengderetningen. Med en termisk utvidelseskoeffisient på eksempelvis 11 X -6 m/m C for vanlig karbonstål, vil et fluidtransportrør som utsettes for en temperaturstigning på 1 C utvide seg 0,13%. Omsatt i praksis vil dette si at over en lengde på 0 meter kabelstreng vil de fluidtransportrør som er oppvarmet utvide seg 13 cm i forhold til de rørene som ikke utsettes for oppvarming. Dette vil i en tradisjonell kabelstreng introdusere betraktelige indre spenninger, og det er antydet spenninger i størrelsesorden 240MPa.

4 3 I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er problemstillingen fremsatt ovenfor løst med en kabelstreng av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at i det minste en av kanalene som opptar de omkringliggende fluidstrømningsrør og elektriske ledere er utvidet i det minste i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene/lederene uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen. I denne sammenheng er det vesentlig å ha klart for seg at fluidstrømningsrørene forløper på en snodd måte omkring kjerneelementet, dvs at de har en forutbestemt slagningslengde, typisk på - meter. Dette betyr at fluidstrømningsrørene gjør én omdreining per - løpemeter av kabelstrengen. 1 Med fordel har kanalene en oval tverrsnittsform der ovalen sin største diameter forløper i hovedsak radialt av kabelstrengen. Andre og ytterligere formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av for tiden foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabelstreng av typen kontrollkabel som innehar trekkene ifølge den foreliggende oppfinnelse, 2 Fig. 2 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabelstreng av typen injeksjonskabel som innehar trekkene ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabelstreng av typen integrert produksjonsrør som innehar trekkene ifølge den foreliggende oppfinnelse, og Fig. 4 viser skjematisk en grafisk fremstilling av forholdet mellom lengden av et kaldt og et varmt snodd stålrør med en bestemt slagningslengde (pitch length).

5 4 Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en kabelstreng av typen kontrollkabel, også betegnet som umbilical blant fagfolk. Kontrollkabelen har en utvendig kappe 1 av plastmateriale, eksempelvis av ekstrudert PE. Langsgående indre, midtre og ytre kanalelementer 2,3,4 av plast er lagt mot hverandre og har slik utforming at de låser mot forskyvning når de er sammenstilt i en ring innenfor den utvendige kappen 1. Kanalelementene 2,3,4 danner langsgående kanaler 11 for opptak av et antall fluidstrømningsrør 7. Fluidstrømningsrørene 7 har noe mindre utvendig diameter enn diameteren til kanalene 11 som dannes mellom kanalelementene 2,3,4. Dette gjør at fluidstrømningsrørene 7 er aksialt fritt bevegelige i kanalene 11 mellom kanalelementene 2,3,4. Sentralt i kontrollkabelen kan det være plassert et lastbærende element Kabelstrengen blir fremstilt slik at kanalelementene 2,3,4 og fluidstrømningsrørene 7 er snodd, eller slått, omkring det sentrale lastbærende element 12. Det vil være vanlig å ha en slagningslengde på om lag - meter, men oppfinnelsen er ikke begrenset til dette. Med en slagningslengde på meter menes det at fluidstrømningsrørene 7 og kanalelementene 2,3,4 har snodd seg én gang rundt det sentrale element 12 over en lengde av kabelstrengen på meter. Denne slagning, sammen med fluidstrømningsrørenes 7 sin aksielle bevegelsesfrihet i kanalene 11, gir mulighet for bøyning og oppkveiling av kabelstrengen på samme måte som bøyning av en stålwire. 2 Videre utmerker denne kabelstreng seg spesielt ved at fire av de åtte kanalene 11 som opptar fluidstrømningsrørene 7 er utvidet i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene 7 uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen. De fire kanaler 11a er i fig. 1 vist med en i hovedsak oval form. Ovalen sin store diameter forløper i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning. De fluidstrømningsrør 7 som ligger i de fire kanaler 11a er følgelig beregnet på transport av oppvarmede fluider. Det skal imidlertid forstås at antallet kanaler 11a velges ut fra behov.

6 1 Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en andre versjon av en kabelstreng av typen injeksjonskabel, som også blir betegnet som umbilical blant fagfolk. I likhet med kontrollkabelen ovenfor, har også denne en utvendig kappe 1' av plastmateriale, eksempelvis av ekstrudert PE. Langsgående indre og ytre kanalelementer 6,9 av plast er lagt mot hverandre og har slik utforming at de låser mot forskyvning når de er sammenstilt i en ring innenfor den utvendige kappe 1'. Kanalelementene 6,9 danner langsgående kanaler 11' for opptak av et antall fluidstrømningsrør 7' og et antall elektriske ledere 8. Fluidstrømningsrørene 7' og de elektriske ledere 8 har noe mindre utvendig diameter enn diameteren til kanalene 11' som dannes mellom kanalelementene 6,9. Dette gjør at fluidstrømningsrørene 7' og de elektriske ledere 8 er aksialt fritt bevegelige i kanalene 11' mellom kanalelementene 6,9. Et hovedfluidstrømningsrør forløper sentralt gjennom kontrollkabelen. Fig. 2 er typisk og illustrerende for en injeksjonskabel som blir brukt til injeksjon av metanol via fluidstrømningsrøret ned i en brønn. Injeksjonskabelen blir fremstilt slik at kanalelementene 6,9, fluidstrømningsrørene 7' og de elektriske ledere 8 er snodd, eller slått, omkring det sentrale fluidstrømningsrør. Også her vil det være vanlig å ha en slagningslengde på om lag - meter. 2 Videre utmerker også denne kabelstreng seg spesielt ved at én 11b av kanalene 11' som opptar fluidstrømningsrørene 7' er utvidet i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene 7' uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen. Den ene kanalen 11b er i fig. 2 vist med en i hovedsak oval form. Det fluidstrømningsrør 7' som ligger i denne kanalen 11b er følgelig beregnet på transport av oppvarmet fluid. Det skal imidlertid forstås at antallet kanaler 11b velges ut fra behov. Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom en tredje versjon av en kabelstreng av typen integrert produksjonskabel, som av søker til den foreliggende oppfinnelse har blitt betegnet IPU (Integrated Production Umbilical). I likhet med kabelstrengene ovenfor, har også denne en utvendig kappe 1'' av plastmateriale, eksempelvis av ekstrudert PE. Langsgående indre og ytre kanalelementer 6', 9' av plast er lagt mot hverandre og har

7 6 slik utforming at de låser mot forskyvning når de er sammenstilt i en ring innenfor den utvendige kappe 1''. Kanalelementene 6, 9' danner langsgående kanaler 11'' for opptak av et antall fluidstrømningsrør 7'' og et antall elektriske ledere 8'. Fluidstrømningsrørene 7''og de elektriske ledere 8' har noe mindre utvendig diameter enn diameteren til kanalene 11'' som dannes mellom kanalelementene 6, 9'. Dette gjør at fluidstrømningsrørene 7'' og de elektriske ledere 8' er aksialt fritt bevegelige i kanalene 11'' mellom kanalelementene 6, 9'. Et hovedfluidstrømningsrør ' forløper sentralt gjennom produksjonskabelen. Fluidstrømningsrøret ' er av betraktelig dimensjon og fig. 3 er typisk og illustrerende for en kabelstreng som blir brukt til produksjon av olje eller gass fra en brønn. 1 Produksjonskabelen blir fremstilt slik at kanalelementene 6, 9', fluidstrømningsrørene 7'' og de elektriske ledere 8' er snodd, eller slått, omkring det sentrale fluidstrømningsrør '. Også her vil det være vanlig å ha en slagningslengde på om lag - meter. Videre utmerker også denne kabelstreng seg spesielt ved at én 11c av kanalene 11'' som opptar fluidstrømningsrørene 7'' er utvidet i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene 7'' uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen. Den ene kanalen 11c er i fig. 3 vist med en i hovedsak oval form. Det fluidstrømningsrør 7'' som ligger i denne kanalen 11c er følgelig beregnet på transport av oppvarmet fluid. Det skal imidlertid forstås at antallet kanaler 11c velges ut fra behov. 2 Fig. 4 viser en grafisk fremstilling av forholdet mellom lengden av et kaldt stålrør og et varmt stålrør som har en forutbestemt slagningsdiameter D i kald tilstand og som får en endret slagningsdiameter D+d i varm tilstand. Dersom man vet kabelstrengens slagningslengde (pitch length) og dens slagningsdiameter D, vil man kunne beregne nødvendig "ovalitet", dvs "d" når man kjenner rørmetallets lengdeutvidelseskoeffisient.

8 7 P a t e n t k r a v 1 1. Marin, fleksibel, integrert kabelstreng (kontrollkabel, injeksjonskabel, produksjonskabel eller produksjonsrør), hvilken kabelstreng innbefatter et kjerneelement (12; ; '), et antall omkringliggende fluidstrømningsrør (7; 7'; 7'') og eventuelt elektriske ledere (8; 8'), et fyllstoff mellom fluidstrømningsrørene og de elektriske ledere og en utvendig kappe (1; 1'; 1'') av egnet materiale, hvilket fyllstoff omfatter flere indre og ytre kanalelementer (2,3,4; 6,9; 6,9') som er snodd om kabelstrengens lengdeakse og satt sammen slik at de omslutter kjerneelementet og danner kanaler (11,11a; 11,11b; 11',11c) for opptak av de omkringliggende fluidstrømningsrør og elektriske ledere, idet de nevnte rør og ledere er aksialt fritt bevegelige i kanalene samtidig som rørene er i stand til å bidra til å bære kabelens egenvekt, k a r a k t e r i s e r t v e d at i det minste en av kanalene (11a;11b;11c) som opptar de omkringliggende fluidstrømningsrør (7; 7'; 7'') og elektriske ledere (8; 8') er utvidet i det minste i en i forhold til kabelstrengens lengdeakse radiell retning, i den hensikt å kunne oppta termisk ekspansjon i rørene/lederene uten å introdusere vesentlige indre spenninger i kabelstrengen Marin, fleksibel integrert kabelstreng som angitt i krav 1, k a r a k t e r i - s e r t v e d at den minst ene utvidete kanal (11a; 11b; 11c) har en oval tverrsnittsform der ovalen sin største diameter forløper i hovedsak radialt av kabelstrengen.

9

10