(12) SØKNAD (19) NO (21) 1290 (13) A1 NORGE (1) Int Cl. E21B 19/09 (06.01) E21B 19/00 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 1290 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 12.03.12 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 12.03.12 () Prioritet (41) Alm.tilgj 13.09.13 (73) Innehaver Depro AS, Industrivegen 6, Håland Øst, 4340 BRYNE, Norge (72) Oppfinner Tommy Andre Hognestad Liland, Hognestad, 4340 BRYNE, Norge Kjetil Næsgaard, Hellearmen 7, 402 RØYNEBERG, Norge (74) Fullmektig Curo AS, Industriveien 3, 7080 HEIMDAL, Norge (4) Benevnelse Anordning for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng (7) Sammendrag Anordning (11) for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng mellom flytende borerigg og bunnfast installasjon, omfattende forlengbar sylinder/stempel enhet (12) som er innrettet til å kunne kompensere når belastningen overstiger en forhåndsbestemt terskelverdi, idet sylinderen (13) av sylinder/stempel enheten (12) i grunnstilling inneholder en ikke komprimérbar væske på begge sider av et stempel (14) tilnærmet midt i sylinderen (13) og er hindret fra fluid kommunikasjon med omgivelsene, mens minst én kontrollventil (19) er innrettet til å måle trykket kontinuerlig samt å åpne ved et forhåndsbestemt terskeltrykk, for derved å aktivere anordningen (11) slik at det oppstår fluidkommunikasjon mellom sylinderen (13) og en gassinneholdende akkumulator (17) slik at sylinder/ stempelenhetens (12) lengde fritt kan endres innenfor mekanisk bestemte grenser, hvor anordningen (11) er en komplett, selvforsynt enhet omfattende sylinder (13), stempel (14) på stempelstang () akkumulator (17), kontrollventil (19) og dreneringstank ().
Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng mellom flytende borerigg og bunnfast installasjon. Bakgrunn Ved boring offshore er det blitt vanlig å benytte flytende borerigger som i det minste under selve boreoperasjonen er fast festet til en bunnfast installasjon der hvor boret penetrerer havbunnen. For formålet av å kompensere for bølgebevirkede avstandsendringer, det vil si vertikale endringer i avstand fra havbunn til den flytende borerigg, benyttes det en såkalt hivkompensering som er i kontinuerlig virksomhet. Imidlertid vil en slik kompensering før eller senere kunne svikte, og det er da ønskelig, og etter hvert et krav, at det finnes en reserveording som sikrer at utstyret ikke slites i filler av kreftene fra bølgene dersom den primære hivkompensering av en eller annen grunn slutter å fungere. Fra WO publikasjon 11 074984 er det kjent et system for å håndtere det ovenfor nevnte problem, omfattende en utløsermodul for innfesting av en rørstreng i en hivkompensert, lastbærende enhet anordnet på en flytende installasjon, idet to eller flere hydraulikksylinderenheter danner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, lastbærende enhet og et parti av rørstrengen. Hydraulikksylinderenheten forutsettes å ha fluid kommunikasjon med en akkumulatorenhet og det er behov for hydraulikk- og akkumulatorfluidledninger som føres mellom hydraulikksylinderenheten og et gassreservoar på en egnet måte. Ulempe med denne løsning er at akkumulatorer ikke er anordnet på den hivkompenserte enhet. Det gir større risiko for sikkerhetsbrudd, da fluidkommunikasjonsledning er utsatt for ytre elementer som kan deformere eller slite denne i filler. Installasjonstiden for den beskrevne hivkompenserte enhet kan være uforholdsmessig lang og det eksisterer fare for feil installasjon på grunn av antallet komponenter i systemet. Eventuelle feil vil kunne føre til stans i den aktuelle flytende installasjon og skade på utstyret. 2 Fra EP 1 428 973 er det kjent en portabel hiv-kompensator for bruk på borestreng mellom en flytende borerigg og en bunnfast installasjon. Den gir strekkraft for å støtte borestrengen og tillater borefartøyet å forbli festet til borestrengen under endringer forårsaket av bølger eller andre endringer av overflatenivå. Den omfatter en hydraulisk fluidakkumulator, minst et kammer for trykkluft og et stempel med stempelstang anordnet til å bevege seg i en sylinder. I én utførelsesform omgir akkumulatoren sylinderen. Akkumulatoren kan ha to porter, en for å tillate fluid kommunikasjon mellom sylinderen og akkumulatoren og en for å tillate fluid kommunikasjon mellom akkumulatoren og beholderen med trykkluft. Den førstnevnte port inkluderer en lukkeventil. I grunnstilling befinner et ikke komprimerbart fluid seg
2 på begge sider av stempelet som står tilnærmet midt i sylinderen som er hindret fra fluidkommunikasjon med omgivelsene. US 0/ 077 049 beskriver et apparat og en fremgangsmåte for å beskytte mot problemer forbundet med «hiv» på en flytende borerigg. Apparatet omfatter en inline kompensator som har en rekke sylindre i et rørformet hus og et antall lavtrykks- og høytrykks- akkumulatorer som virker sammen i et system for å kompensere for hiv i tilfelle det primære hivkompenserende system skulle svikte eller bli inaktivert. Inline kompensatoren gjør nytte av et antall hydrauliske sylindre som virker i motsatte retninger og som har forskjellige stempelarealer slik at sylindrene blir utvidet eller trykket inn ved forskjellige trykknivåer. Utstyret er blant annet tilpasset bruk sammen med kveilrør. Det er således fortsatt et behov for en enkel, robust, kompakt, pålitelig anordning som kan ivareta behovet for bølgepåvirkede avstandsvariasjoner mellom en flytende rigg og en bunnfast installasjon. Formål Det er således et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning som er i stand til å kompensere for bølgepåvirkede avstandsvariasjoner mellom en flytende rigg og en bunnfast installasjon og som samtidig oppfyller kravene av å være kompakt, robust, forholdsvis rimelig i produksjon og som krever lite vedlikehold. Det er også viktig at anordningen skal være rask og sikker å installere. System som beskrevet er og underlagt SIL 2 hit IEC 608 for å sikre pålitelig aktivering. Foreliggende oppfinnelse De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse 2 Med betegnelsen komplett selvforsynt enhet, forstås at enheten ikke trenger tilførsel utenfra verken av elektrisk eller annen type energi, da den energi og de reguleringsmekanismer som trengs for at enheten skal være operativ, er omfattet av enheten selv. Det er altså ikke behov for ledninger eller kabler til enheten, som kun monteres på den aktuelle borestreng og deretter er i beredskap inntil angitt aktiveringspunkt definert av den enkelte flytende enhet oppnås. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er vesentlig raskere og sikrere å installere enn tidligere kjente anordninger/ systemer, da den er en frittstående, hivkompensert enhet. De omliggende miljøaspekter vil også ha en redusert risiko for utilsiktet forurensning pga. redusert fare for svikt i system.
3 Figur 1 viser en perspektivskisse av en anordning ifølge oppfinnelsen. Figur 2a-2c viser forenklet virkemåten for anordningen ifølge oppfinnelsen i tre ulike posisjoner eller faser Figur 3 viser et endesnitt av anordningen vist i figur 1. Figur 1 viser en anordning 11 ifølge foreliggende oppfinnelse omfattende to forlengbare sylinder-/ stempelenheter 12 hvor sylindrene 13 har sin lukkede ende vendt oppover mens stempelstengene rager ut av sylindrene nedover. Stemplene er i figur 1 skjult inne i sylindrene 13. Figur 1 viser dessuten akkumulatorer 17, kontrollventil 19, dreneringstanker og dumpeventil 21. Øverst er det vist en øvrefestekrage22 og nederst en nedre festekrage 23 for innfesting til et element av en enhet som hivkompenserer borestreng på én side og enten fast utstyr eller annet element av som hivkompensert borestreng på motsatt side. Fortrinnsvis benyttes anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse ved overflaten, med øvre festekrage 22 festet til boremaskin (ikke vist) mens nedre festekrage 23 er festet til enhet som hivkompenserer borestreng. Figurene 2a 2c illustrer virkemåten for foreliggende oppfinnelse på enkel måte. Mens figur 1 2 3 viser et realistisk utseende for anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, viser figur 2 kun funksjonelle prinsipper. Figur 2a viser den forlengbare sylinder/ stempelenhet 12, omfattende sylinder 13, stempel 14, stempelstang og et festeøre 16 på stempelstangen. Sylinderen 13 har sin lukkede ende vendt oppover mens stempelstangen rager ut fra sylinderen 13 i retning nedover. Stempelet 14 vises omtrent midt i sylinderen 13 i vertikal retning. Akkumulator 17, akkumulatorstempel 18, kontrollventil 19, dreneringstank og dumpeventil 21 vises også. Sylinderen 13 er fylt med ikke komprimérbar væske og ventilene 19, 21 er lukket, derfor står stempelet 14 helt i ro i sylinderen 13 og støt og trekkrefter kan overføres over sylinder/ stempeleneheten 12 uten at stempelet beveges. I figur 2b vises en situasjon hvor trykket har passert en grenseverdi slik at kontrollventil 19 har åpnet seg. Det er da fluid forbindelse fra akkumulator 17 til sylinderens 13 bunnside. Eventuelt åpnes dumpeventil 21 samtidig med kontrollventil 19 og i så fall er det også i dette stadium åpent mellom sylinderens 13 toppside dreneringstanken. Med trekkraft på sylinder/ stempeleneheten 12 vil nå stempelet 14 bevege seg nedover og fortrenge væske fra sylinderen 13 til akkumulatoren 17, hvor et akkumulatorstempel 18 som til enhver tid holder gass og væske atskilt, forskyver seg oppover i akkumulatoren med økende motkraft etter hvert som gassen over akkumulatorstempelet 18 komprimeres til stadig høyere trykk. Vekten av plattform og utstyr vil imidlertid være så stor at bølgehøyden bestemmer hvor langt akkumulator stempelet 18 blir presset opp i akkumulatoren og dermed hvor langt stempelet 14 blir trukket ned i sylinderen 13. Dersom dumpeventil 21 forblir lukket i denne fasen vil det oppstå et undertrykk over stempelet 14 i sylinderen 13 som også bidrar til å bremse bevegelsen av stemplene 14 og 18. Enklere funksjon
4 er å tvangsstyre dumpeventil 21 slik at den alltid er lukket når kontrollventil 19 er lukket og alltid er åpen når kontrollventil 19 er åpen, siden enheten fungerer utmerket på denne måten og da ikke krever separat styring av dumpeventilen 21. Det skal understrekes at selv om kontrollventil 19 og dumpeventil 21 her omtales i entall, kan det typisk være én kontrollventil pr. akkumulator og én dumpeventil pr. dreneringstank, slik at det kan være to eller flere av hver av disse ventilene i en og samme anordning. Når det gjelder kontrollventilene 19, så har disse som navnet indikerer, innebygget en utløserfunksjon som lar ventilen åpne ved et gitt trykk. Alternativt kan ventilen stå i kontakt med en eller flere i anordningen integrerte trykksensorer (ikke vist) som gir signal for åpning av kontrollventilen 19. For enkelhets skyld benyttes betegnelsen «kontrollventil» også i de tilfeller eksterne sensorer styrer åpningen av ventilen. Kontrollventilen eller ventilene 19 kan med fordel være innrettet til å måle trykket kontinuerlig. Når den åpner ved et forhåndsbestemt terskeltrykk, for derved å aktivere anordningen (11) slik at det oppstår fluid kommunikasjon mellom sylinder (13) og akkumulator (17), kan lengden av sylinder/ stempelenhetens (12) fritt kan endres innenfor mekanisk bestemte grenser. Når plattformen passerer en bølgetopp og beveger seg ned mot en bølgedal, inntrer den situasjon som vises i figur 2c. Stempelet 14 i sylinderen 13 tvinges da oppover slik at lengden av sylinder/ stempelenheten 12 forkortes. Stempelet 14 trekker da med seg væske tilbake fra akkumulatoren 17 til sylinderen 13, mens væske på oppsiden av stempelet 14 blir drevet ut i dreneringstanken via dumpeventil 21 som uavhengig om den var åpen i den ovenfor beskrevne fasen, er åpen i denne fasen, styrt av kontrollsignal fra kontrollventilen eller styrt av trykk. Generelt, etter at kontrollventil 19 er blitt åpnet og til den manuelt eller automatisk lukkes igjen, er det en dynamisk likevekt i systemet, bestemt av bølgevariasjonene som påvirker den flytende konstruksjonen og bremset eller moderert av trykket i akkumulatoren 17. 2 Figur 3 viser et enderiss av anordningen vist i figur 1 (og som i prinsippet fungerer som illustrert i figurene 2a til 2c). Her vises en øvre tilkoplingsflens 22, to forlengbare sylindre/ stempelenheter 12, åtte akkumulatorer 17 og to dreneringstanker. Bemerk at de forlengbare sylindre/ stempelenheter 12 typisk benyttes parvis, og at det kan være to eller flere akkumulatorer 17 og minst én dreneringstank til hver respektive forlengbare sylinder/ stempelenhet 12. Generelt omfatter anordningen typisk minst to forlengbare sylindre/ stempelenheter 12 og minst én akkumulator 17 og minst én dreneringstank pr. sylinder/ stempelenhet 12. Poenget med anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er primært å sikre en sekundær eller reserve kompensasjon for bølgebevirket avstandsvariasjon mellom en flytende og en bunnfast konstruksjon for boring, som automatisk trer i kraft når en primær hiv-kompensering måtte svikte.
Det er imidlertid et ytterligere og vesentlig poeng ved foreliggende oppfinnelse, nemlig at enheten er en «stand-alone» enhet som er 0 % selvforsynt og ikke trenger å bli tilkoblet eksterne forsyningsledninger av energi, fluid eller trykk for å være operativ. Derved er enheten prinsipielt sett mindre sårbar for avbrudd eller svikt i slike eksterne tilførselsledninger. Når anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er tilknyttet en seksjon av en borestreng i en ende og enten en annen del av en borestreng eller en del av den flytende eller faste konstruksjon i den andre ende, er den uten videre operativ. I tillegg til økt driftssikkerhet gir dette også forenklet opp og nedkobling, utskiftning ved reparasjoner etc. Det vil også ha ett miljøaspekt med tanke på vesentlig mindre risiko for brudd i de fluid kommuniserende ledninger.
6 Patentkrav 1. Anordning (11) for kompensasjon av bølgebevirkede avstandsvariasjoner på borestreng mellom flytende borerigg og bunnfast installasjon, omfattende forlengbar sylinder/stempel enhet (12) som er innrettet til å kunne kompensere når belastningen overstiger en forhåndsbestemt terskelverdi, idet sylinderen (13) av sylinder/stempel enheten (12) i grunnstilling inneholder en ikke komprimérbar væske på begge sider av et stempel (14) tilnærmet midt i sylinderen (13) og er hindret fra fluid kommunikasjon med omgivelsene, mens minst én kontrollventil (19) er innrettet til å måle trykket kontinuerlig samt å åpne ved et forhåndsbestemt terskeltrykk, for derved å aktivere anordningen (11) slik at det oppstår fluidkommunikasjon mellom sylinderen (13) og en gassinneholdende akkumulator (17) slik at sylinder/ stempelenhetens (12) lengde fritt kan endres innenfor mekanisk bestemte grenser, karakterisert ved at anordningen (11) er en komplett, selvforsynt enhet omfattende sylinder (13), stempel (14) på stempelstang () akkumulator (17), kontrollventil (19) og dreneringstank (). 2. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at hver akkumulator (17) i grunnstilling er fylt med gass under trykk og er forsynt med kontrollventil (19) som etter aktivering kan slippe fluid inn i så vel som ut av akkumulatoren. 3. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den omfatter minst en dreneringstank () innrettet til midlertidig å motta overskuddsvæske fra sylinderen (13) når anordningen er aktivert, idet en dumpeventil (21) mellom sylinder (13) og dreneringstank () er innrettet til å åpne for overføring av overskuddsvæske. 4. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den benytter ikke komprimerbare væsker. 2. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at sylinder/ stempelenheten (12) i grunnstilling har en fast lengde og er rigid den forstand at den i denne stilling kan overføre langsgående strekk- og trykk-krefter uten å endre sin lengde. 6. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at anordningen etter aktivering forblir i aktivert stilling inntil den manuelt blir stilt tilbake i grunnstilling. 7. Anordning (11) i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at anordningen omfatter minst to sylindre/ stempelenheter (12) og minst én akkumulator (17) og minst én dreneringstank () pr. sylinder/ stempelenhet (12).
1/2 11 13 17 19 22 21 23 Figur 1 13 21 18 Gass Gass Gass 17 12 14 19 16 Fig. 2a Fig. 2b Fig. 2c
2/2 11 12, 13 22 17 12, 13 17 Fig. 3