Aker Kværner stålrør styrekabel - høyteknologi for oljeindustrien

Umilical - eller navlestreng - er den typiske betegnelsen for avanserte kabler brukt i oljeindustrien. Ulike profiler kan inneholde et stort antall rør i flere dimensjoner og kabler for kraft- og signaloverføring f.eks. fra en plattform til et brønnhode under vann. Aker Kværner var et av de norske selskapene som spesialiserte seg på dette, og fikk store leveranser til oljeindustrien. Her fortelles historien om utviklingen av Aker Kværners / Aker Subseas løsninger av en tidligere ansatt:

Kværner umbilicals lastes opp (Ingressbilde)

Kværner umbilical klar for transport

Utviklingen av Aker Kværner stålrør styrekabel eller umbilical, som er den typiske betegnelsen på produktet, startet i 1990. Den første prototypen ble laget i lokalene til ”ScanRope” i Tønsberg. Grunnen til at byggingen fant sted hos ScanRope, var at deres ekstruderingslinje ble leiet for å legge på den ytre kappen på styrekabelen.

Et eksternt sveisefirma, Teamtrade, ble gitt i oppdrag å sveise sammen de rustfrie rørene, og prototypen ble manuelt lagt sammen ved siden av ScanRopes ekstrusjonslinje. Lengden på prototyp- kabelen var ca. 30 meter.

Etter at den ytre kappen var ekstrudert på, ble hele prototypkabelen transportert til Fredrikstad Mekaniske Verksted hvor det var leiet et areal for montering av nødvendig testeutstyr.

Under fremstilling av prototypen på ScanRopes område i Tønsberg var følgende nøkkelpersoner imidlertid engasjert:

  • Ansgar Karlsen, ingeniør ansatt hos Kværner.
  • Gunnar Monrad Jacobsen, sivilingeniør ansatt hos ScanRope, ble leiet inn som konsulent og senere ansatt i Kværner.
  • Kjell Arne Jensen, student som ble leiet inn til Kværner for å hjelpe til med den manuelle fremstillingen av prototypen. Han ble senere ansatt i Kværner som formann og inspektør på fabrikasjonsstedet i Moss.
  • Svein Haug, sivilingeniør utnevnt som teknisk sjef for Stigerør og Styrekabler.
  • Knut von Trepka var sjefsdesigner.
  • Bjørn E. Klepsvik var leder for ”Subsea Business Area” i Lodalen på den tiden.Han gjorde en stor innsats for å overbevise toppledelsen i Kværner om å akseptere denne nyutviklingen.

Troll-kontrakt baner vei for store oljeleveranser

Utbyggingen av Troll Olje ga store kontrakter til KværnerFoto: Aker / Hydro<br>Foto: Aker / Hydro
Utbyggingen av Troll Olje ga store kontrakter til Kværner
Etter fullførelsen av prototyptestingen i Fredrikstad høsten 1991, startet arbeidet med å posisjonere Kværner som en kvalifisert tilbyder av Stålrør Styrekabel til Norsk Hydros Troll Olje utvikling i Nordsjøen. Dette arbeidet innbefattet et stort antall studier, prototyp produksjon og testing. Arbeidet ble finansiert av Norsk Hydro, som kjørte parallell kvalifisering med både Nexans og Kværner. Begge firmaene ble akseptert som kvalifiserte tilbydere til ”Troll Oil Steel Tube Umbilical System” i september/oktober 1992.

Prototypen til ”Troll Oil Steel Umbilical” ble produsert og testet i  Kværners lokaler i Lodalen i Oslo. For pålegging av den ytre plastkappen, investerte Kværner i en ekstrusjonslinje som ble montert i Lodalen for prototypen. Den ble senere flyttet til det nye produksjonsfacilitetene som ble bygget opp på den gamle eiendommen til Moss Verft.
Tilbudskonkurransen endte med at Kværner ble tildelt ”Troll Oil Umbilical”-kontrakten i november 1992.

Aker Subsesa etablerte seg på tidligere Moss Verft i 1991.Foto: Aker / Kværner Brugs teknologihistoriske gruppe<br>Foto: Aker / Kværner Brugs teknologihistoriske gruppe
Aker Subsesa etablerte seg på tidligere Moss Verft i 1991.
Det skulle vise seg at markedet for styrerørkabler der rørene blir produsert i rustfritt stål ekspanderte raskt. En av årsakene til dette var påliteligheten av produktet sammenliknet med tilsvarende etablerte produkt basert på rør av plast. Noe av problemene med plastrør var de hyppige lekkasjene av hydraulikolje og kjemikaler til sjøen.

Det store markedsgjennombruddet skjedde ved tildeling av BP og Shell ETAP kontraktene, samt kontakten for Gullfaks og Åsgard satellittene. Disse kontraktene utgjorde tilsammen ca. 320 km umbilical.

Åsgard kontrakten inkluderte også den første dynamiske umbilical leveransen for Kværner. Det skulle vise seg å by på store utfordringer ikke minst på grunn av det ekstreme havmiljøet og de store kreftene som virket på umbilicalen. Sentrale personer i utviklingen av Kværners første dynamiske umbilical var sivilingeniørene Arild Figenschou, Lars Mehus og Leif Høie.

Kværner fikk også et gjennombrudd ved å vinne Malampaya kontrakten for Shell i Filipinene. Kontrakten innebar leveranse av 64 km umbilical på under et år inkludert sveising av 510 000 meter 1” super duplex rør. Omfanget av sveising var så stort at tre sveiselinjer måtte etableres. Sveisingen bestod i å buttskjøte rørene som typisk ble levert i ti til tjue meters lengder.

Kværners design og produksjonsmetode passer godt for umbilicals med større senterrør. Siden starten har den totale leveransen av umbilicals med senterrør oversteget 500 km ved utgangen av 2010.

Fra fabrikken i Mobile Alabama som ble etablert i 2003Fra fabrikken i Mobile Alabama som ble etablert i 2003Kværner utvidet produksjonskapasiteten med en ny fabrikk i USA (Mobile, Alabama) med åpening våren 2003, ti år etter at fabrikken i Moss sto klar. I 2003 ble også en annen milepæl oppnådd, mer enn en million meter umbilical var produsert. Videre ble to millioner meter produsert oppnådd allerede i 2007, og tre millioner i 2010.

Nye utfordringer på dypere vann - nye materialer løser problemer

Kværner leverte umbilicals for 2200m vanndyp allerede i 2001, men den virkelig store utfordring kom i forbindelse med prosjektene i Mexicogulfen der vanndypet nærmet seg 3000 meter.

Som kjent har ikke vår umbilical en egen armering for å ta de store aksialkreftene i forbindelse med installasjon og operasjon. Konseptet går ut på at rørene som er av stål også skal ha en funksjon som lastbærende elementer. Dette har vist seg å være en glimrende ide sammenliknet med den tradisjonelle tenkemåten der et eget armeringssystem skulle ta aksialkreftene.

Etter som årene gikk ble oljefelt utbygget på stadig dypere vann. Det som noen år tidligere hadde blitt betraktet som ultra dypt vann ble redefinert til dypt vann osv. Dette førte til at stålrør og kabler ble mer og mer utnyttet på grunn av de store aksialkreftene som økte i takt med vanndypet. Dette førte til at vi for noen år siden stod overfor en ny utfordring med hensyn på å finne en ny metode for å redusere tøyning i rør og kabler. Dette behovet oppstod da vi skulle tilby en umbilical til et prosjekt i Mexico Gulfen med et ekstremt vanndyp. 

Tverrsnitt av ulike typer av styrekabler (umbilicals) som viser hvor mange rør og kabler som kan være lagt sammen i en slik fleksibel multikabel.Tverrsnitt av ulike typer av styrekabler (umbilicals) som viser hvor mange rør og kabler som kan være lagt sammen i en slik fleksibel multikabel.Vanndypet på dette feltet var nærmere 3000 meter noe som medførte en nesten 100 % utnyttelse av rørene bare på grunn av de statiske lastene. Det viste seg tidlig at økt bruk av stål for å redusere tøyning ikke var veien å gå. Grunnen til dette var stålets egenvekt i forhold til dets stivhet. Når ekstra stål ble bygd in i styrerørkabelen for å redusere tøyningen, økte aksialstrekket meget hurtig på grunn av det store vanndypet. Det viste seg faktisk at tøyningen av rør og kabler forble uforandret selv om ekstra stålforsterkning ble inkludert. Dette skyltes at stivhetsøkningen fra stålet ikke klarte å kompensere for vektøkningen av styrerørkabelen.

Resultatet av å bruke ordinær teknologi førte til at minimum bøyeradius på umbilicalen i den dynamiske sonen var nær 100 meter noe som er urealistisk. På grunnlag av denne problemstillingen ble et lagt et ”colombi-egg”. Karbonfiberstenger, som på den tiden allerede var et kjent ultralett konstruksjonselement og som Kværner tidligere hadde forsøkt kvalifisert som styrkeelement i strekkstag, ble nå slått inn i umbilicalen sammen med stålrørene. Dette viste seg å være en ide som dramatisk økte den praktiske grensen for vanndyp. En kunne nå tilpasse seg nærmest et hvert vanndyp. Aksialstivheten til umbilicalen kunne nå trimmes med karbonfiberstaver uten å tilføre vekt til systemet

Ideen som nå er patentert i de fleste viktige land med oljevirksomhet, har ført til en rekke kontrakter på ekstreme vanndyp der den tradisjonelle metoden med bruk av stål som armeringsmateriale har kommet tilkort. Det store gjennombruddet kom med leveransen til MC-920 prosjektet i Mexico-Gulfen på et vanndyp opptil 2900 meter og umbilical lengde på 185 km. Det er frem til utgangen av 2010 levert og installert mange slike dynamiske umbilicals på ekstreme vanndyp.

Tekst: Jan Erik Syljeset 2010/2012