Стальной контактный стояк
Стальной цепной райзер (SCR) — это распространенный метод соединения подводного трубопровода с глубоководной плавучей или стационарной нефтедобывающей платформой. SCR используются для перекачки таких жидкостей, как нефть, газ, вода для закачки и т. д., между платформами и трубопроводами.
Описание
[ редактировать ]В шельфовой индустрии слово « цепная линия» используется как прилагательное или существительное, имеющее более широкое значение, чем его историческое значение в математике. Таким образом, SCR, в котором используется жесткая стальная труба, имеющая значительную жесткость на изгиб, называется контактной линией. Это связано с тем, что в масштабах океана жесткость жесткой трубы на изгиб мало влияет на форму подвешенного пролета СКР. Форма, которую принимает СКЛ, определяется главным образом весом, плавучестью и гидродинамическими силами, возникающими из-за течений и волн. Форма ОПЗ хорошо аппроксимируется уравнениями жесткой цепной связи . [1] При предварительных соображениях, несмотря на использование обычной жесткой стальной трубы, форму SCR можно также аппроксимировать с помощью уравнений идеальной цепной связи : [2] когда допустима некоторая дальнейшая потеря точности. Уравнения идеальной цепной связи исторически использовались для описания формы цепи, подвешенной между точками пространства. Линия цепи по определению имеет нулевую жесткость при изгибе, а в тех, которые описываются уравнениями идеальной цепной связи, используются бесконечно короткие звенья.
SCR были изобретены доктором Карлом Г. Лангнером, PE, NAE, который описал SCR вместе с гибким шарниром, используемым для компенсации угловых отклонений верхней части SCR относительно опорной платформы, когда платформа и SCR движутся в течениях и волнах. . [3] В SCR используются тысячи футов длинных неподдерживаемых пролетов труб. Речь идет о сложной динамике, гидродинамике, включая вихревые вибрации (VIV), и физике взаимодействия труб с морским дном. Они жестки по отношению к материалам, используемым для изготовления трубы SCR. Доктор Лангнер провел годы аналитической и проектной работы, прежде чем была подана заявка на его патент в США. Эта работа началась до 1969 года и была отражена во внутренних документах Shell, которые являются конфиденциальными, но был выдан патент на раннюю конструкцию SCR «Босоногая нога». [4] Управление VIV преимущественно осуществляется с помощью устройств, прикрепленных к трубе SCR. Это могут быть, например, устройства подавления VIV, такие как геликоидальные планки или обтекатели. [5] что значительно снижает амплитуды VIV. [6] Разработка инженерных программ прогнозирования VIV, таких как, например, программа SHEAR7, представляет собой непрерывный процесс, зародившийся в сотрудничестве между MIT и Shell Exploration & Production. [7] параллельно с разработкой концепции SCR, имея в виду развитие SCR. [8]
Жесткая труба SCR образует цепную связь между точкой подвеса на плавучей или жесткой платформе и морским дном. [9] Свободно висящий SCR принимает форму, примерно похожую на букву «J». Цепная линия Steel Lazy Wave Riser (SLWR) фактически состоит как минимум из трех сегментов контактной сети. Верхний и донный сегменты цепной линии имеют отрицательную подводную массу, а их изгибы «выпуклы» в сторону морского дна. Средний сегмент имеет плавучий материал, прикрепленный по всей его длине, так что совокупность стальной трубы и плавучести имеет положительную плавучесть. Соответственно, кривизна плавучего сегмента «выпирает» вверх (перевернутая цепная линия), и ее форма также может быть хорошо аппроксимирована теми же уравнениями жесткой или идеальной цепной линии . Сегменты с положительной и отрицательной плавучестью касаются друг друга в точках соединения. Общая цепная форма SLWR имеет точки перегиба в этих местах . SLWR были впервые установлены на башенном FPSO у берегов Бразилии (BC-10, Shell) в 2009 году. [10] хотя гибкие стояки конфигурации Lazy Wave широко использовались уже несколько десятилетий назад.
(Shell), пришвартованном на башне Stones Наиболее глубокое применение SCR Lazy Wave (SLWR) в настоящее время наблюдается на FPSO , которое пришвартовано на глубине 9500 футов в Мексиканском заливе . [11] Башня Stones FPSO оснащена отключаемым буем, благодаря чему судно с экипажем можно отсоединить от буя, поддерживающего SLWR, и переместить в подходящее укрытие до прихода урагана.
В трубе SCR и коротком сегменте трубы, лежащей на морском дне, используются «динамические» трубы, т.е. стальные трубы, толщина стенок которых немного превышает толщину стенок трубопровода, чтобы выдержать динамический изгиб и усталость стального материала , возникающую в зоне приземления. ЮКР. Помимо этого, SCR обычно дополняется жестким трубопроводом, но также возможно использование гибкого трубопровода. [12] [13] Стояки обычно имеют диаметр 8–12 дюймов и работают при давлении 2000–5000 фунтов на квадратный дюйм. [14] Также возможны конструкции, выходящие за пределы этих диапазонов размеров труб и рабочих давлений.
Свободно висящие SCR были впервые использованы компанией Shell на платформе с натяжными опорами Auger (TLP). [15] в 1994 году, который был пришвартован на глубине 872 м. [16] Доказательство Shell того, что концепция SCR технически обоснована для использования на Auger TLP, стало крупным достижением доктора Карла Г. Лангнера. Это был технологический скачок. Принятие концепции SCR всей морской индустрией последовало относительно быстро. SCR надежно зарекомендовали себя на нефтяных и газовых месторождениях по всему миру с момента их первой шнековой установки.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лангнер, Карл Г., Взаимосвязь пролетов подвесных труб, Симпозиум OMAE, стр. 552-558, Новый Орлеан, февраль 1984 г.
- ^ Вайниконис, Кристофер Дж., Робинсон, Рой, Интерактивное проектирование глубоководных стояков, анализ и методология установки, IBP 42400, 2000 Rio Oil & Gas Expo и конференция, 16–19 октября 2000 г., Рио-де-Жанейро, Бразилия.
- ^ Лангнер, Карл Г., Эластомерный поворотный опорный узел для цепной стойки, патент США № 5,269,629, 14 декабря 1993 г., подан 29 июля 1991 г. https://patentimages.storage.googleapis.com/99/98/ed/ 70530d77647e2c/US5269629.pdf
- ^ Лангнер, Карл Г., Виссер, Р.С., Патент США № 3669691 «Метод подключения выкидных трубопроводов к платформе», подан 8 февраля 1971 г., выдан 24 октября 1972 г. https://patentimages.storage.googleapis.com/23/89. /6d/084cd5a1d531fa/US3699691.pdf
- ^ Аллен, Д.В., Ли, Л., Хеннинг, Д.Л., Обтекатели и спиральные полоски для подавления вихревой вибрации: технические сравнения, OTC 19373, Конференция по океанским технологиям, 5–8 мая 2008 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-19373-MS
- ^ Вандивер, Дж. Ким и др., Руководство пользователя для SHEAR7 версии 4.10b, авторские права Массачусетского технологического института (MIT), распространяется AMOG Consulting https://shear7.com/Userguide_v4.10b.pdf
- ^ Вандивер, Дж. Ким и др., История SHEAR7 https://shear7.com/shear7-evolution/
- ^ Аллен, Д. У., Вихревые вибрации шнекового TLP и экспортных стояков стальной цепной подвески, OTC 7821, Конференция по океанским технологиям, 1–4 мая 1995 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-7821-MS
- ^ Лангнер, Карл Г., Повышение усталостного срока службы стальных стояков цепной подвески за счет самозакапывания траншей в точке приземления, OTC 15104, Конференция по океанским технологиям, 5–8 мая 2003 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-15104-MS
- ^ Вайниконис, Кристофер Дж., Леверетт, Стив, Улучшения в динамической нагрузке сверхглубоководных цепных стояков, OTC 20180, Конференция по морским технологиям, 4–7 мая 2009 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-20180-MS
- ^ Уэбб, К.М., ван Вугт, М., Морское строительство – установка самой глубокой в мире разработки FPSO, OTC 27655, Конференция по морским технологиям, 1–4 мая 2017 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-27655-MS
- ^ «Стальные цепные стояки» . Тенарис .
- ^ «Стальные цепные стояки» . 2H Оффшор .
- ^ Хауэллс, Хью. Достижения в проектировании стальных стояков Catanery (PDF) . DEEPTEC'95.
- ^ Файфер, К.Х., Копп, Ф., Суонсон, Р.К., Аллен, Д.В., Лангнер, К.Г., Проектирование и установка шнековых стальных цепных стояков, OTC 7620, Конференция по морским технологиям, май 1994 г., Хьюстон, Техас, США. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-7620-MS
- ^ Меха, Басим (ноябрь 2001 г.). «Новые рубежи в проектировании стальных цепных стояков для плавучих систем добычи». Журнал морской механики и арктической инженерии . 123 (4): 153–158. дои : 10.1115/1.1410101 .