Riser-Spannhaltung

Ein Bohr-Riser ist ein Stahlrohr mit großem Durchmesser, das sich vom Schiff bis zum Meeresboden erstreckt und mitunter mehr als 3,000 Meter lang ist. Der Riser muss jederzeit unter positiver Spannung stehen, um Knicken zu verhindern, das zu einem Verlust der Bohrlochkontrolle führen könnte – einer der schwerwiegendsten Gefahren beim Offshore-Bohren.

Die erforderliche Spannung hängt von Gewicht, Auftrieb, Strömungsbelastung und Wassertiefe des Risers ab. Typische Kopfspannungen liegen zwischen 100 und über 1,000 Tonnen. Diese Spannung muss trotz der kontinuierlichen Hubbewegung des Schiffs, die es alle paar Sekunden um mehrere Meter auf und ab bewegen kann, innerhalb enger Grenzen gehalten werden.

Sinkt die Spannung zu stark, knickt der Riser. Steigt sie zu stark, können Riser, Verbinder oder Bohrlochkopf überlastet werden. Das Spannsystem muss die Riserspannung über den gesamten Bereich der Seebedingungen innerhalb dieses engen Betriebsbands halten.

Riser-Tensioner sind typischerweise hydropneumatische Systeme aus mehreren Hydraulikzylindern, die mit großen stickstoffgefüllten Druckspeichern verbunden sind. Die Zylinder üben über eine Drahtseil- und Seilrollen-Anordnung oder über direkt wirkende Zylinder eine Aufwärtskraft auf den Riser aus.

Bewegt sich das Schiff nach oben, fahren die Zylinder aus und das Gas dehnt sich leicht aus, wodurch eine nahezu konstante Aufwärtskraft erhalten bleibt. Senkt sich das Schiff, fahren die Zylinder ein und das Gas wird komprimiert. Das große Gasvolumen stellt sicher, dass die Druckänderung – und damit die Spannungsänderung – über den gesamten Hub gering ist.

Moderne Riser-Tensioner-Systeme verfügen über Redundanz: Mehrere Zylinder arbeiten parallel, sodass der Ausfall einer einzelnen Einheit die Integrität des Risers nicht beeinträchtigt. Das System muss auch die langsame Drift des Schiffs (Surge/Sway) bewältigen, ohne dass der Hub ausgeschöpft wird.

Die Riser-Spannhaltung bringt mehrere besondere technische Herausforderungen mit sich:

• Hohe Spannung, großer Hub — Die Kombination aus hoher Spannung (mehrere hundert Tonnen) und großem Hub (bis zu 15 Meter auf Tiefwasserschiffen) erfordert sehr große Gasvolumina und robuste Hydraulikkomponenten.
• Dauerbetrieb — Anders als ein für einen einzelnen Hub eingesetzter Seegangskompensator arbeiten Riser-Tensioner während einer Bohrkampagne über Wochen oder Monate kontinuierlich. Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit sind von größter Bedeutung.
• Variable Anforderungen — Wenn sich die Wassertiefe zwischen Bohrlöchern ändert oder Riserrohre hinzugefügt oder entfernt werden, ändern sich die erforderliche Spannung und der Hub. Das System muss rekonfigurierbar sein.
• Resonanz — Das gekoppelte Riser-Tensioner-System besitzt Eigenfrequenzen, die weit von den dominanten Wellenperioden entfernt bleiben müssen.

Für die Notfall-Spannhaltung — wenn ein Primärsystem gewartet werden muss oder während einer Kampagne ausfällt — hält ein kompakter Backup-Riser-Tensioner die Riserintegrität aufrecht, während das Primärsystem wiederhergestellt wird. SIRIUS, unser derzeit in Entwicklung befindlicher Backup-Riser-Tensioner, ist genau für diesen schnell einsetzbaren Betrieb ausgelegt.

Bei Anwendungen, die adaptive Leistung erfordern, kann die automatische Gasfedereinstellung des Systems ANTARES für die Spannhaltung eingesetzt werden und hält die Spannungsgenauigkeit bei wechselnden Bedingungen und Anforderungen optimal. Die Kolbenstangenverriegelung von ANTARES bietet zudem eine sichere Haltefunktion, wenn keine Spannhaltung erforderlich ist.

Die Auswahl der richtigen Lösung für die Riser-Spannhaltung hängt von Schiff, Wassertiefe, Riserkonfiguration und Betriebsanforderungen ab. Norwegian Dynamics unterstützt Sie bei der Spezifikation des Tensioners und berät Sie zur am besten geeigneten Lösung – einen Überblick bietet unser Auswahlleitfaden für Seegangskompensatoren.