NO319687B1

NO319687B1 - Voltage Relief Shot for risers

Info

Publication number: NO319687B1
Application number: NO19984975A
Authority: NO
Inventors: Lyle David Finn
Original assignee: Deep Oil Technology Inc
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2005-09-05
Also published as: EP0911482A3; FI982309A0; EP0911482A2; OA10906A; BR9804215A; AU8950298A; EP0911482B1; NO984975L; FI982309A; NO984975D0

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt stigerør som benyttes ved produksjon av hydrokarboner offshore, og mer særskilt vedrører oppfinnelsen spenningsavlastningsskjøter som benyttes for stigerør i forbindelse med flytende konstruksjoner. The invention generally relates to risers used in the production of hydrocarbons offshore, and more specifically the invention relates to stress relief joints used for risers in connection with floating structures.

Ved boring og produksjon av hydrokarbon offshore fra flytere er det kjent å benytte stag og stigerør under strekk i fra flyteren og til havbunnen. Slike flytere har strekk-oppdriftstårn og -stangkonstruksjoner hvor de flytende konstruksjoner strekker seg ned godt under vannflaten og utsettes for hiv-, stampings- og rullebevegelser. When drilling and producing hydrocarbon offshore from floats, it is known to use stays and risers under tension from the float to the seabed. Such floats have tensile buoyancy towers and rod structures where the floating structures extend well below the surface of the water and are subjected to heaving, pounding and rolling movements.

De nedre endene til stengene og stigerørene er forbundet med havbunnen ved hjelp av rør eller ekstra stigerør som er innleiret i og faststøpt i havbunnen. De øvre endene til stagene og stigerørene går gjennom åpninger i kjøl- eller bunnpartiet til flyterne og bæres vertikalt av strekkmidler som er plassert nær vannflaten. The lower ends of the rods and risers are connected to the seabed by means of pipes or additional risers embedded in and cast into the seabed. The upper ends of the struts and risers pass through openings in the keel or bottom of the floats and are supported vertically by tensioning means placed close to the water surface.

Når en flyter beveger seg sideveis under påvirkning av miljøkrefter vil det i stigerøret induseres betydelige bøyespenninger i området like over det sted hvor stigerøret er tilknyttet de ekstra rør ved havbunnen. En vanlig løsning på denne problemsituasjon har vært å bruke rør som er tykkere enn de ellers normale rør. En ulempe ved en slik løsning er høyere fremstillingskostnader og lavere kvalitetskonsistens ved fremstillingen av de tykkere rør. Det foreligger derfor et behov for et bedre arrangement med hensyn til håndtering av de bøyespenninger som introduseres i stigerøret ved havbunnen. When a float moves sideways under the influence of environmental forces, significant bending stresses will be induced in the riser in the area just above the place where the riser is connected to the additional pipes at the seabed. A common solution to this problem situation has been to use pipes that are thicker than the otherwise normal pipes. A disadvantage of such a solution is higher manufacturing costs and lower quality consistency when manufacturing the thicker pipes. There is therefore a need for a better arrangement with regard to handling the bending stresses that are introduced into the riser at the seabed.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et slikt arrangement. Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en spenningsavlastningsskjøt for bruk i stigerør i flytende systemer hvor en flyter utsettes for variable bevegelser som følge av vind, strømmer og bølger. Stigerøret har en ende som er forbindbar med havbunnen og en øvre del utformet for passering gjennom en åpning i bunnen av flyteren. Den nedre enden, som kan forbindes med andre rør ved havbunnen, er forsynt med minst to konsentriske rør eller hylser rundt stigerøret. De nedre endene til rørene og stigerøret er sveiset til en flens. Den øvre enden av hvert av de konsentriske rør strekker seg opp forbi den øvre enden av det hosliggende omgivende rør. Ringrommet mellom de konsentriske rør og stigerøret er fortrinnsvis fylt med et varig og formbart materiale. Det kan også være lagt inn mellomlegg i ringrommet ved enden av hvert rørsegment. The purpose of the invention is to provide such an arrangement. According to the invention, a tension relief joint is therefore proposed for use in risers in floating systems where a float is exposed to variable movements as a result of wind, currents and waves. The riser has an end that can be connected to the seabed and an upper part designed to pass through an opening in the bottom of the float. The lower end, which can be connected to other pipes at the seabed, is provided with at least two concentric pipes or sleeves around the riser. The lower ends of the pipes and the riser are welded to a flange. The upper end of each of the concentric tubes extends up past the upper end of the adjacent surrounding tube. The annular space between the concentric tubes and the riser is preferably filled with a durable and malleable material. Spacers may also be inserted in the annulus at the end of each pipe segment.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en spenningsavlastningsskjøt for bruk i et stigerør i flytende systemer som angitt i kravene 1 til 5. According to the invention, a tension relief joint is thus provided for use in a riser in floating systems as stated in claims 1 to 5.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, where:

Fig. 1 viser et skjematisk oppriss av en flyter tilknyttet en havbunn med et stigerør, Fig. 1 shows a schematic elevation of a float connected to a seabed with a riser,

fig. 2 viser et forstørret detaljriss av en del av fig. 1, og fig. 2 shows an enlarged detailed view of a part of fig. 1, and

fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom oppfinnelsen. fig. 3 shows a longitudinal section through the invention.

Fig. 1 viser rent generelt og skjematisk en flyter 20 av stang- eller strekk-bøyetårntypen, med et rør 22 som går ut fra flyterens bunn eller kjøl, som indikert ved 24, og ned til en egnet forbindelse 26 ved havbunnen 28. Horisontale sidebevegelser av flyteren 20 er indikert med den avbøyede stilling 20'. Bøyespenninger vil oppstå i røret 22 der hvor det går ut fra flyteren ved 24, og ved havbunnforbindelsen ved 26. Med stiplede linjer 22' er en slik bøying vist sterkt overdrevet. Fig. 2 viser en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, generelt betegnet med 10. En slik spenningsavlastningsskjøt 10 består i hovedsaken av hylser eller rør 30,32 og en flens 34. Fig. 1 shows in a purely general and schematic way a floater 20 of the rod or tension buoy tower type, with a pipe 22 extending from the bottom or keel of the floater, as indicated at 24, and down to a suitable connection 26 at the seabed 28. Horizontal lateral movements of the float 20 is indicated by the deflected position 20'. Bending stresses will occur in the pipe 22 where it exits from the float at 24, and at the seabed connection at 26. With dashed lines 22', such bending is shown greatly exaggerated. Fig. 2 shows a preferred embodiment of the invention, generally denoted by 10. Such a stress relief joint 10 mainly consists of sleeves or tubes 30, 32 and a flange 34.

Som vist i fig. 3 er rør 30,32 anordnet rundt stigerøret 22 på en slik måte at de er konsentriske i forhold til stigerøret 22. Røret 30 har en innerdiameter som er større enn ytterdiameteren til stigerøret 22, slik at det dannes et ringrom mellom stigerøret 22 og det første rør 30. Røret 32 har en innerdiameter som er større enn ytterdiameteren til røret 30, slik at det dannes et ringrom mellom rørene 30 og 32. Rørets 30 øvre ende strekker seg opp over det umiddelbart hosliggende omgivende rørs 32 øvre ende. As shown in fig. 3, pipes 30,32 are arranged around the riser 22 in such a way that they are concentric with respect to the riser 22. The pipe 30 has an inner diameter that is larger than the outer diameter of the riser 22, so that an annular space is formed between the riser 22 and the first tube 30. The tube 32 has an inner diameter that is larger than the outer diameter of the tube 30, so that an annular space is formed between the tubes 30 and 32. The upper end of the tube 30 extends above the upper end of the immediately adjacent surrounding tube 32.

Ringrommet mellom de konsentriske rør 30,32 og stigerøret 22 er fortrinnsvis fylt med et varig og formbart materiale 36. Det formbare materiale 36 bidrar til å sikre at stigerøret 22 og rørene 30,32 alle vil avbøyes sideveis i hovedsaken i samme grad. Et egnet materiale for det omgivende miljø, eksempelvis en sementblanding, benyttes som formbart materiale 36. De nedre endene til rørene 30,32 og stigerøret 22 er fastsveiset til en flens 34. The annular space between the concentric pipes 30,32 and the riser 22 is preferably filled with a durable and malleable material 36. The malleable material 36 helps to ensure that the riser 22 and the pipes 30,32 will all be deflected laterally to the same extent. A suitable material for the surrounding environment, for example a cement mixture, is used as malleable material 36. The lower ends of the pipes 30,32 and the riser 22 are welded to a flange 34.

Flensen 34 er spesielt utformet slik at den danner korte segmenter av henholdsvis stigerøret 22 og hvert rør 30,32. Disse korte segmenter er betegnet med henholdsvis 22A, 30A og 32A. Hvert segment strekker seg opp i fra flensens basis. Dette trekk medfører at sveiseforbindelsen mellom stigerør, rør og flens befinner seg i en avstand fra det mest utsatte utmattingssted, hvor stigerør og rør møter flensens basis. Man ser også at sveiseforbindelsene mellom flensen 34 og henholdsvis stigerøret 22 og rørene 30,32 har innbyrdes avstand i lengderetningen. Dette muliggjør en tykkere flens ved basisen hvor større materialtykkelse er nødvendig for håndtering av de belastninger som oppstår under vanlige forhold. Den nedre enden av ringrommet mellom de enkelte segmenter 22A,30A og 32A kan ha avrundede glatte fiateprofiler som vist, for derved å redusere spenningskonsentrasjoner i forbindelse med skarpe hjørner i flateprofilen. The flange 34 is specially designed so that it forms short segments of the riser 22 and each pipe 30,32 respectively. These short segments are designated 22A, 30A and 32A respectively. Each segment extends upwards from the base of the flange. This feature means that the welding connection between the riser, pipe and flange is located at a distance from the most exposed point of fatigue, where the riser and pipe meet the base of the flange. It can also be seen that the welding connections between the flange 34 and respectively the riser 22 and the pipes 30,32 have a distance from each other in the longitudinal direction. This enables a thicker flange at the base where greater material thickness is required to handle the loads that occur under normal conditions. The lower end of the annular space between the individual segments 22A, 30A and 32A can have rounded smooth fiat profiles as shown, thereby reducing stress concentrations in connection with sharp corners in the surface profile.

Mellomlegg 38 kan være lagt inn i ringrommet ved den øvre ende av hvert rør 30,32. Disse mellomlegg holdes fast på plass med egnede midler, eksempelvis sveise-forbindelser. Mellomleggene 38 kan være av metall, eksempelvis stål, for større varighet, og for å tjene som holdere for mindre stive materialer 36, så som polyuretan. Intermediate cover 38 can be inserted into the annulus at the upper end of each pipe 30,32. These spacers are held firmly in place by suitable means, for example welding connections. The intermediate layers 38 can be made of metal, for example steel, for greater durability, and to serve as holders for less rigid materials 36, such as polyurethane.

Selv om det er vist bare to konsentriske rør, er det klart at det kan benyttes flere konsentriske rør, alt avhengig av anvendelseskrav og -betingelser. Det skal også være underforstått at selv om spenningsavlastningsskjøten i utførelseseksempelet befinner seg ved den nedre enden av stigerøret kan en slik skjøt være plassert på andre steder langs stigerøret, hvor det måtte være nødvendig å kunne oppta betydelige bøyekrefter. Although only two concentric tubes are shown, it is clear that several concentric tubes can be used, all depending on application requirements and conditions. It should also be understood that even if the stress relief joint in the design example is located at the lower end of the riser, such a joint can be located at other places along the riser, where it may be necessary to be able to absorb significant bending forces.

Oppfinnelsen medrører den fordel at den er billig, fordi det kan benyttes standard rørseksjoner som er lett tilgjengelige eller som kan fremstilles ved hjelp av lett tilgjengelig utstyr. Konstruksjonen er mer pålitelig enn de meget tykke enkeltrør-konstruksjoner som for tiden er i bruk, fordi den nye konstruksjonen gjør det lettere å kontrollere kvaliteten til det tynnere rørmateriale. Den konsentriske rørplassering gjør også konstruksjonen mer pålitelig, fordi rørseksjonene vil ha redundans. Det indre rør vil vanligvis ha de høyeste ringspenninger fordi det er dette rør som må ta de inteme og eksterne trykk. Med oppfinnelsen vil imidlertid bøyepåkjenningene i det innerste rør være betydelig mindre enn i de ytre rør. Det indre, mest kritiske rør vil derfor være mindre utsatt for utmattingsskader. The invention has the advantage that it is cheap, because standard pipe sections can be used which are readily available or which can be produced using readily available equipment. The construction is more reliable than the very thick single pipe constructions currently in use, because the new construction makes it easier to control the quality of the thinner pipe material. The concentric pipe placement also makes the construction more reliable, because the pipe sections will have redundancy. The inner tube will usually have the highest ring stresses because it is this tube that must take the internal and external pressures. With the invention, however, the bending stresses in the innermost tube will be considerably less than in the outer tubes. The inner, most critical pipe will therefore be less exposed to fatigue damage.

Claims

1. Stress relief joint for use in a riser (22) in floating systems where a float (20) is exposed to variable movements under the influence of wind, waves and/or currents, which riser (22) has an end which can be connected to the seabed (20) and an upper riser part intended to pass through an opening in the bottom (24) of the float (20), the stress relief joint includes: a number of layers (30,32) placed around the riser (22) so that an annular space is formed between each layer (30,32) and the riser (22) and between each of the layers, which layers (30,32) are concentric with the riser (22) and have first and second ends , with the first end of each layer (30) extending beyond the first end of the immediately underlying layer, characterized in that the number of layers includes a number of pipes (30,32), placed around the riser (22), and a flange (34 ) which is firmly connected to the riser (22) and the aforementioned other ends of the pipes (30,32).

2. Stress relief joint according to claim 1, characterized by the number of tubes (30,32) are placed around the lower end of the riser (22), said first end of said tube (30,32) includes the upper end, the upper end of each of said tubes (30,32) extends out over the upper end of the pipe immediately below, and said flange (34) is rigidly connected to the lower end of the riser (22) and said pipe (30, 32).

3. Stress relief joint according to claim 2, characterized by the number of tubes includes first and second tubes (30,32) located around the lower end of the riser (22).

4. Stress relief joint according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized by that a malleable material (36) is arranged in the annular space between the pipes (30,32) and between the innermost pipe (30) and the riser (22).

5. Stress relief joint according to any one of claims 1 to 4, characterized by that an intermediate layer (38) is firmly attached between the pipes (30,32) and between the innermost pipe (30) and the riser (22).