DE2347466B2 - Vergussverfahren fuer eine offshore- konstruktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vergußverfahren für eine Offshore-Konstpjktion mit mindestens einem Stützbein, das einen sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden rohrförmigen Mantel im Wasser und einen Stützpfahl in dem Mantelrohr hat, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Mantelrohrs, wobei ein Ringraum zwischen der Innenseite des Mantelrohrs und dem Stützpfahl gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist und am Anfang zumindest im unteren Bereich Schlamm enthält, man zum Ausspülen des Ringraumes Wasser in diesen einführt, sodann Vergußmaterial zu seinem

unteren Ende bringt und dieses dort erhärten läßt.

Offshore-Konstruktioncn, d.h. Konstruktionen, die

vor der Küste im Wasser angelegt werden, sind in der vergangenen Jahren immer üblicher geworden, um

Bohrplattformen für Erdöl- und Erdgasbohrlöchei

abzustützen und Erdöl und Erdgas aus solchen Bohrlöchern zu fordern. Derartige Konstruktionen können in Wasser von verhältnismäßig geringer Tieft bis zu einer Tiefe von einigen hundert Metern errichtet

ίο werden.

Zur Ausführung solcher Plattformen wendel man unterschiedliche Formen von Konstruktionen und Konstruktionsverfahren an. Ein solches besonders in tiefem Wasser geeignetes Verfahren ist /. 15. in der US-PS 32 09 544 beschrieben: Bei diesem Verfahren werden die Stützbeine der Konstruktion an Land hergestellt und /usummengeset/t. sie sind hohl und können abgedichtet sein, um die Konstruktion aufschwimmen /u lassen, so daß sie /. B. an die gewünschte Stelle vor der Küslc geschleppt werden kann. Sodann werden zum Fluten mit Seewasser Ventile in den Beinen geöffnet, wodurch die Beinkonstruklion in eine vertikale Stellung absinkt und sich auf den Boden absetzt. Beim Einsinken der Beine füllen sich diese mit Wasser bis 111 die Höhe des Wasserspiegeis des Meeres, wobei die Tiefe, um die die Beine in den Meeresboden absinken, natürlich vom Gewicht der Konstruktion und der Weichheil des Meeresbodens abhängt.

Eine Plattform, die nur aiii derartige Beine gebaut ist.

ist allerdings wenig stabil, besonders bei schweren Stürmen. Deshalb ist es üblich, die Konstruktion dadurch fester mit dem Boden /u verbinden, daß man hohle Stahlpfähle durch die Beine, die dadurch lackeis oder Mantelrohre für die Slüt/pfähle werden, eintreibt.

Wird ein Stützpfahl durch ein Mantelrohr abgesenkt, so schlägl er die Dichtungen ab, die die linieren Enden der Mantelrohre verschließen, wodurch die Mantelrohre noch t'cfer i.i den Boden einsinken und Schlick und Schlamm vom unteren Ende her in den Ringraum zwischen den Stützpfahl und das Mantelrohr eintreten können

Hat man den Stützpfahl völlig eingetrieben oder eingerammt, so hat man bisher üblicherweise den Ringraum zwischen Stützpfahl und Mantelrohr mit einem Vergußmaterial oder Füllmaterial ausgefüllt, das sich an Ort und Stelle verfestigte. Hierdurch wurde nicht nur die Steifigkeit und damit auch die Festigkeit der Konstruktion erhöht, sondern überdies auch Wasser ferngehalten, um die Korrosion der Stützpfähle zu verhindern. Wenn das Vergußmaterial den Ringraum bis zum unteren Ende des Mantelrohres ganz ausfüllt, ist das Stützrohr Jurch den weichen Schlamm am Meeresboden geschützt.

Zum Ausgießen derartiger Konstruktionen sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. In der US-PS 32 09 544 ist ein Verfahren beschrieben, das die Anwendung einer Dichtung am unteren Ende des Ringraumes erfordert. Bei diesem Verfahren wird das Vergußmaterial in das untere Ende des Ringraumes eingepumpt und steigt in ihm nach oben an. Das Verfahren erfordert jedoch meistens den Einsatz von Tauchern, und überdies ist es oft nicht möglich, wirklich völlig zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, weil das Wasser nicht wirksam aus dem ringförmigen Raum herausgehalten werden kann, so daß das Vergußmaterial verdünnt wird und nur schwer abbindet.

Aus der US-PS 34 92 824 ist ein Verfahren bekannt, das die Einleitung oder Einspritzung von Luft in das

»bcre Ende des Ringraumes vorsieht, um Wasser durch :inen Nippel am linieren linde des Ringraumes lus/uireiben und sodann Vergulimaierial durch den am mieren Ende \orgesi-lienen Nippel em/usprii/en oder :in/uführen. Das Vcrgußmatenal soü durch den Ringraum bis über die Wasseroberfläche ansieigen und Luft nach oben /um Entweichen bringen. Bei praktischer Anwendung ist dieses Verfahren jedoch wenig zufriedenstellend: der Meeresboden ist am unteren Ende des Mantelrohres meist weich und porös, so dall es geschehen konnte.daß nach dem Einpumpen von soviel Vergußmaterial. wie /ur Überwindung der hydraulischen Drucksäulc des darüberliegenden Scewassers erforderlich ist, das Vergußmalenal aus dem unteren Ende des Mantelrohres herausläuft und verlorenginge.

Aus der US-PS 34 42 824 ist aber auch ein Verfahren bekannt, bei dem Luft in den Nippel am unteren Ende des Ringraums /ur Verdrängung des Wassers nach oben durch den Ringraum und aus diesem heraus eingeführt wird. Dieses Verfahren /um Austreiben cies Wassers ist allerdings wenig wirkungsvoll, weil das Problem besieht, die Luft am Aufsteigen im Wasser /u hindern. Überdies ginge hierbei ebenfalls am unteren Lude des Mantelrohres Vergußmaicrial verloren.

Aus der US-PS 3h 01 949 ist em Vergiißverfahrcn bekannt, bei dem man /um Ausspülen des Ringraums denselben mit Druckluft beaufschlagt, unter Aufrcchterhahung dieses Druckes VerguUmaterial von oben her einfließen und dasselbe sodann aushärten laßt. Dieses Verfahren führt allerdings dann, wenn zumindest anfänglich im unteren Bereich des Mantelrohres Schlamm enthalten ist. nicht immer /u zufriedenstellenden Ergebnissen, da derselbe durch Anwenden der Druckluft vielfach nicht in ausreichender Weise ausgeführt werden kann.

In der US-PS 35 64 85b ist ein galtungsgemäßes Vergußverfahren beschrieben, bei dem das Vergtißmatenal durch Nippel am unteren Ende des Ringraums eingefüllt wird. Das Wasser zum Ausspulen des Schlammes wird von der Stelle des Einspritznippels her nach oben gespüh. jedoch kein Versuch unternommen. Wasser oder Schlamm von unterhalb der Einspritzstellc zu entfernen. Weiterhin ist hier der Ringraum zu Beginn mit Wasser gefüllt, das durch das aufsteigende Vergußmaterial nach oben verdrängt werden muß. Dies führt dazu, daß ein großer Überschuß an Vergußmaterial nötig ist, um sicherzustellen, daß das ganze Wasser oben aus dem Ringraum herausgedrückt wird.

Ausgehend von diesem gattungsgemäßen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart zu verbessern, daß die aufgezeigten Nachteile im wesentlichen vermieden und der Anfangsschlamm im Mantelrohr gut entfernt wird, ohne daß ein großer Überschuß an Vergußmaterial nötig ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man das Wasser zum Ausspülen von oben her in den Ringspalt einführt und aus seinem unteren Ende wieder austreten läßt, unter Luftdruck das Wasser aus dem Ringspalt an seinem unteren Ende herauspreßt, sodann das Vergußmaterial von oben her durch den Ringraum nach unten fließen läßt und es zum Verhindern des Eindringens von Wasser bis zum Aushärten unter einem ausreichend hohen Luftdruck hält.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung läßt man einen Teil des Vergußmaterials aus dem unteren Ende des Ringraums zur Bildung eines Trichters h?vu niner Glocke um das untere Ende des Mantelrohres ausfließen, bevor es erhärtet.

Bei dem erfindungsgemiißcn Verfahren kann mat; besonders vorzugsweise zunächst einen ersten Teil des Vergußmaterials einfließen, unter Luftdruck erhärten und dünn erst weiteres Vergußmaterial einfließen und eriiärten lassen. Dabei erweist es sich von Vorteil, wenn man nach Erhärten des ersten Teils des Vcrgußmaterials und vor dem Einleiten des weiteren Vcrgußmaterials den Luftdruck aufhebt. Es erweist sich weiterhin von besonderem Vorteil, wenn tier auf den ersten Teil des Vergußmaterials ausgeübte Luftdruck der Höhe der das. Mantelrohr außen umgebenden Wassersäule entspricht.

Eine besonders gründliche Schlammausspülung läßt sich bei dem erfindungsgemäßcR Verfahren dadurch erzielen, daß man vor dem Einfüllen des Vergußmaterials erneut Wasser in den Ringraum einführt und an dessen unterem Ende wieder austreten läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht einer typischen Anordnung einer Offshore-Konstruktion auf dem Meeresboden:

Fig. 2 die Prinzipdarsiellung einer Vorrichtung für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens:

F1 g. 3 einen vergrößerten Detailaussehnilt durch eines de Stützbeine der Offshore-Konstruktion aus Fig. 1. wobei der Verfahrensschritt des Herausdrükkens von Wasser aus dem Ringraum zwischen dem Mantelrohr und dem Stüt/pl'ahl der .Stützbeine dargestellt ist:

1 1 g. 4 einen Teilschniti des unteren Abschnitts eines Stützbeines ahnlich F i g. 3, bei dem ein Teil des Vergußmatcnals an Ort und Stelle dargestellt ist:

Fi g. 5 einen leilschnitt ähnlich Fi g. 3 und 4. bei dem das Vergußmaterial an Ort und Stelle dargestellt ist;

Fig. b einen senkrechten Schnitt durch eine andere Ol'fshore-Konstruküon, bei der das crfindungsgcmäßc Verfahren angewandt ist;

Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch noch eine andere Offshore-Konstruktion. bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt ist;

F i g. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 durch die Konstruktion gemäß F i g. 7.

In Fig. 1 ist eine typische Offshore-Konstruktion 10 dargestellt, wie sie von der Erdöl- und Erdgasindustrie bei Bohrungen und Förderungen vor der Küste angewandt wird. Die Konstruktion 10 ist, so wie sie dargestellt ist, nur der Basisteil, der auf dem Meeresboden 12 angebracht wird, ehe der Basisteil mit der üblichen, hier nicht gezeigten Plattform und dem Aufbau versehen wird. Die Konstruktion 10 umfaßt mehrere Stützbeine, die jeweils die Form eines rohrförmigen Jackets bzw. eines Mantelrohrs 13 haben, das sich von oberhalb der Wasseroberfläche 14 in den Meeresboden 12 erstreckt, wobei die verschiedenen Mantelrohre durch Querelemente 15 und Diagonalelemente 16 in bekannter Weise aneinander befestigt sind. Es ist bekannt, daß der Meeresboden meistens verhältnismäßig weich und porös ist, und in vielen Fällen senkt sich die Konstruktion 10 (ohne Stützpfähle) durch ihr eigenes Gewicht so lange, bis die Mantelrohre 13 bis zu 9,144 m in den Meeresboden eingesunken sind.

Wenn die Konstruktion 10 richtig angeordnet worden ist, werden zur endgültigen Unterstützung der Plattform Stützpfähle 17 durch die Mantelrohre in den Meeresboden meistens so weit eingetrieben, bis es nicht mehr weitergeht. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Stützpfähle normalerweise Stahlröhren und haben

üblicherweise eine etwas kleinere Rohrgröße als die Mantelrohre, so daß /wischen jedem Stützpfahl b/w. Stützrohr und dem das Stützrohr umgebenden Mantelrohr ein Ringraum 18 gebildet ist. Der Ringraum ist natürlich nicht gleichmäßig, da keinerlei Einrichtung zum Zentrieren des Stürzrohrcs im Mantelrohr verwendet wird. Im allgemeinen hat der Ringraum aber eine radiale Breite von ca. 25,4 mm bis 63,5 mm je nach der Größe der Anlage. Dies ist der Ringraum, der besonders im Bereich des unteren Endes des Mantelrohrs mit Vergußmaterial gefüllt werden muß, um nicht nur eine so große Steifigkeit der Stützbeine zu erzielen, daß den Gezeiten, Stürmen, Meeresströmungen und dergleichen standgehalten werden kann, sondern auch um die Stützrohre innerhalb der Mantelrohre vor Korrosion durch Seewasser und Luft zu schützen.

Wenn das Stützrohr 17 durch das Mantelrohr 13 in den Meeresboden 12 eingerammt worden ist. wird das Stützrohr am oberen Ende des Mantelrohres abgeschnitten oder abgetrennt und die beiden Bauelemente beispielsweise durch Einschweißen eines schweren Stahlringes 19 miteinander verbunden, ehe das Deck und die sonstigen Aufbauten angebracht werden. Durch das Verschweißen dieses Ringes 19 w ird eine druckdichte Abdichtung am oberen Ende de Ringraiimes 18 geschaffen.

Eine Vorrichtung, die sich als /um Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet erwiesen hat. ist etwas schemalisch in Γ i g. 2 dargestellt. Bei diesel Vorrichtung sind zwei Druckbehälter 30, 32 als Speichel für trockenen Zement vorgesehen. Diese Druckbehälter können beispielsweise mit einem Luft-Glcilboden verschen sein, wie sie in den IJS-Patentschrilien 2b 09 125 und 29 34 223 offenbart sind. Bei diesen Anlagen wird trockener Zement in die Behälter gefüllt und ruht auf einem porösen, geneigten Boden. Durch den Boden strömende Luft wirbell das Material im Behälter auf und fluidisiert es, so daß es die geneigte Fläche hinunterfließt. Bei der hier gezeigten Vorrichtung wird die zu diesem Prozeß notige Luft von einem Niederdruck-Luftkompressor 34 geliefert, von dem aus die Luft durch Leitungen 36 bzw. 38 zu den Druckbehältern 30 bzw. 32 fließt. Zum Steuern der Luftströmung zu dem einen oder anderen Druckbehälter sind Ventile 40 bzw. 42 vorgesehen.

Der Fließzement wird von den Druckbehältern durch Leitungen 44, 46, durch die die Strömung durch Ventile 48, 50 gesteuert ist, wcitcrtransporuert. Der Fließzement fließt jeweils aus einem der Druckbehälter zu einem Beruhigungs- b/w. Zwischenbehälter 52. der an seinem unteren Ende mil einem, entsprechenden Ventil 54 für trockenes Material versehen ist. Bei diesem Ventil kann es sich um ein Ventil der in der US-Palentschrift 28 58 %6 gezeigten Art handeln. Wenn das Ventil 54 geöffnet wird, fällt trockener Zement in einen Trichter 56, der an seinem unteren Ende mit einer Mischkammer 58 in Verbindung steht. In die Mischkammer ragt eine Düse 60 rechtwinklig zum Auslaß des Trichters 56 und koaxial mit einer Leitung 62 für Mischzement hinein. Wasser wird der Düse 60 durch eine Pumpe 64 zugeführt die durch eine Wasserleitung 68 Wasser aus einem Speicherlank 66 ansaugt. Der Wassertank kann mit einem beliebigen Meßgerät versehen sein, so daß die verwendete Wassermenge genau bestimmt werden kann.

Es liegt auf der Hand, daß der aus dem Trichter 56 in die Mischkammer 58 fallende Zement gründlich mit dem aus der Düse 60 cingesprühtcn Wasser vermischt wird.

Das Gemisch fließt dann durch die Leitung 62 in eine Breiwanne 70. Aus dieser Breiwanne pumpt eine Pumpe 72 das fltiidförmigc Vergußmaterial durch eine Rohrleitung bzw. einen Schlauch 76 in den Ringraum /wischen dem Mantelrohr 13 und dem Stützrohr 17. Die Rohrleitung 76 ist dabei mit einem Rückslrömvcniil 86 versehen, damit eine Strömung nur in Richtung /um Ringraum erfolgt. In vielen Fällen sind Zentrifugalpiimpen zufriedenstellend; aber wenn hoher Druck nötig ist. beispielsweise bei Einbauten in tiefem Wasser, kann eine Kolbenpumpe besser geeignet sein.

llochdruckluft /um Austreiben von Wasser aus dem Riiigraiim und für das Vergußverlaliren wird von einem I lochdriiek-Lul'ikoiripressor 78 gelieleri. Dieser Luftkompressor fördert Luft durch eine Leitung 80, die mil einem entsprechenden Ventil 82. einem Druckmcl.lgiTiit 84 und einer Entlüftungsleitung 83 mit darin vorgesehenem Ventil 85 versehen ist. Aus weiter unten näher erläutertem Grund liefen das Druckmeßgeräl seine Anzeige vorzugsweise in Meier Seewassei. Um /u verhindern, daß Vergußmaierial in die Luftleitung gelangt, kann die Leitung 76 unterhalb der Luftleitung und an der gleichen Seile des Mantelrohres wie die Leitung 80 angeschlossen sein, wie Fig. 3. 4 und j /eigen.

Be\or der Kompressor 78 betätigt und das Ventil 82 so eingestellt wird.daß eine Strömung du'vh die Leitung 80 in den Ringraum möglich ist. wobei das Entlüftungs ventil 85 geschlossen ist. wird unter hohem Druck siehcndes Wasser mit der Pumpe 72 in den Ringraum eingepumpt, bis die Bodenlormation so weil nachgegeben hat, daß das Wasser durch Luftdruck hindurchgepreßt werden kann. Dann wird die Pumpe abgeschaltet und Luftdruck angewandt, um das Wasser aus dem Ringraum aus/u treiben.

Wie F i g. 3 zeigt, ist ein Riß oder ein sonstiges Loch 90 im Mantelrohr oder ein hier nicht gezeigtes offenes Flutventil im Mantelrohr ohne weiteres /11 erkennen. Wenn der Wasscrpegcl im Ringraum absinkt, steigt der /um Auspressen des Wassers nötige Luftdruck kontinuierlich proportional /um Wasserspiegel im Ringraum an. Da ein Druckmeßgerät vorgesehen ist. das seine Anzeige in Meter Salzwasser gibt, kann die Tiefe auf die der Wasserspiegel im Ringraum zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt abgesenkt worden ist. direkt am Meßgerät abgelesen werden. Ein Beobachter des Meßgerätes stellt einen kontinuierlichen, stetigen Anstieg der üruckanzeige l'csi. Wenn der Wasserspiegel im Ringraum cm Loch 90 im Mantelrohr erreicht, sieigt der Druck im Ringraum nicht mehr weiter an. oder zumindest ist die Steigerungsrate erheblich verringert,da Luft aus dem Ringraum durch das Loch 90 verloren geht, was durch die Blasen 92 angezeigt ist. Dann kann ein Taucher herabgelassen werden, um das I .och zu schließen. Und dann kann das Austreiben des Wassers durch Luftdruck erneut aufgenommen werden.

Wie bereits erwähnt, füllt in vielen Fällen Schlamm, der Seewasser und Feststoffe aufweist, aus denen der Meeresboden jeweils zusammengesetzt ist, den Ringraum vom unteren Ende des Mantelrohrs her bis etwa zur Flöhe des Meeresbodens 12. Es ist besonders wichtig, daß im wesentlichen der ganze derartige Schlamm aus dem Ringraum entfernt wird, damit keine Hohlräume im Vcrgußmaterial entstehen, das in den Ringraum gefüllt werden soll. Solche I lohlräumc oder Leen äumc. die mit Schlamm und Seewasser gefüllt sind vermindern nicht nur die Festigkeit und Steifheit der Konstruktion g;in/ außerordentlich, sondern sind auch

die Ursache für eine große Beschleunigung der Korrosion an den Stüt/.pfählen und im Inneren der lackets. Das vorliegende Verfahren, bei dem Wasser im Ringraum aus dem unteren Ende des Ringraumes ausgetrieben wird, macht es möglich, Schlamm im Ringraum durch das abwärts bewegte Wasser auszuspülen.

Wenn das ganze Wasser aus dem Ringraum herausgedrückt ist, ist das an der Oberfläche dadurch zu erkennen, daß Luft, die aus dem unteren Ende des Ringraums entweicht, in Torrn von an die Oberfläche steigenden Luftblasen feststellbar ist. In diesem Zeitpunkt kann der Kompressor abgeschaltet, das Ventil 82 geschlossen und das Ventil 85 geöffnet werden, um Luftdruck aus dem Ringraum entweichen zu lassen, bis keine Blasen mehr an die Oberfläche steigen. Dann sollte das Druckmcßgcräi 84 einen Druck anzeigen, der der Säule bzw. Druckhöhe des Meercswassers enspricht. Dieser Druck wird im Ringraum aufrechterhalten, um sicherzustellen, daß Wasser und Schlamm nicht von unten her erneut im Ringraum aufsteigen.

In manchen Rillen kann es wünschenswert sein, noch weiter Schlamm am unteren Ende des Ringraunies auszuwaschen oder auszuspülen. Das kann dadurch erreicht werden, daß man zusätzliches Wasser durch den Ringraum zirkulieren läßt oder spült, wobei die Pumpe 72 zum Pumpen von Wasser verwendet wird. Da dieses Wasser ziemlich weit im Ringraum herabfällt, wirkt es erodierend auf den noch im Ringraum vorhandenen Schlamm. Gegebenenfalls kann auch der Luftdruck im Ringraum in diesem Zeitpunkt erhöhl werden, uin sicherzustellen, daß das Spülwasser am unteren Ende aus dem Ringraum herausgedrückt wird.

Wenn sich die Bedienungsperson überzeugt hat. daß der Ringraum ordnungsgemäß von Schmutz und Schlamm gereinigt ist, wird die Zirkulation des Wassers angehalten und der Luftdruck wieder auf eine Höhe gebracht, die gerade ausreicht, um Wasser und Schlamm aus dem unteren Ende des Ringraumes herauszuhalten. das heißt auf einen der Seewasscrsäule entsprechenden Druck, letzt ist die Konstruktion für das eigentliche Vergießen bereit.

Das bevorzugte Vergußmaterial ist ein expandierendes Vergußmatcrial, das heißt ein Stoff, der sich mindestens während eines Teils der Zeit, die das Erhärten oder Abbinden erfordert, ausweitet oder expandiert. Ein solches Material hat eine bessere Haftung am Stahl unter Scherbeanspruchung als übliche Vergußmaterialien. Dies hat sich als ein wichtiger Gesichtspunkt zum Erzielen einer Konstruktion von maximaler Festigkeit erwiesen. Zemente mit Expansionscigenschaften sind bereits zur Verwendung in der Bauindustrie bekannt, wo man sie »selbstkompensierte« Zemente nennt Dem Zement können verschiedene Zusatzstoffe, beispielsweise Natriumchlorid, zugefügt werden, um ihn zum Expandieren zu veranlassen.

Zum Herstellen des Vergußmaterials wird dem Zement Wasser in einer vom Zementhersteller empfohlenen Menge oder gemäß den Normen des American Petroleum Institute zugefügt. Die Wassermengen erzeugen ein fluidförmiges Vergußmaterial, dessen Viskosität von 5 bis 20 P reichen kann. Ein innerhalb dieses Breiches liegendes Vergußmaterial hat eine ausreichende Viskosität, die es kaum durch den Schlamm fließen läßt, in dem das Mantelrohr 13 angeordnet ist. Die Dichte derartiger Vergußmateria- licn liegt meistens zwischen ca. 1.678 g/cm' und 1,917 g/cm³ (d.h. etwa der zweifachen Dichte von Wasser). Aber es können auch Vergußmaterialien, deren Dichten außerhalb dieses Bereiches liegen, bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.

Bei einem typischen Vergußverfahren wird eine anfängliche Charge des Vergußmaterials, die ausreicht, eine Länge von 2.4 58 m bis 3,048 m des Ringraumes auszufüllen, mit einer Strömungsmenge von beispielsweise 318 l/min, bis 477 l/min, eingepumpt. Üblicherweise wird der Luftdruck, wenn diese anfängliche Charge des Vergußmaterials Zeit genug gehabt hat, bis zum unteren Ende des Ringraumes herabzufallen, so weit freigegeben, daß ein Ausgleich für die vom Vergußmaterial erzeugte Drucksäule geschaffen wird, so daß der Druck am unteren Ende des Ringraumes auf dem Niveau gehalten wird, das nötig ist, um Wasser und Schlamm daran zu hindern, im Ringraum anzusteigen.

Dann wird das Einpumpen von Vergußmaterial in den Ringraum entweder kontinuierlich oder chargenweise wieder aufgenommen, wobei der Luftdruck durch das Entlüftungsventil 85 in solchem Maß entlastet wird, daß der Druck am unteren Ende des Ringraumes so hoch oder etwas höher gehalten wird wie die Drucksäule des darüberliegenden Sccwassers. Das kann festgestellt werden durch ein kontinuierliches Überprüfen der aus dem Wassertank 66 herausgepumpten Wassermenge und durch einen Vergleich zwischen der Höhe des Vergußmaterials, die hierdurch im Ringraum verursacht würde, mit der Anzeige des Druckmeßgerätes 84. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis ein hydrostatischer Ausgleich zwischen dem Vergußmaterial und der Seewassersäule erzielt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist kein Luftdruck nötig, um Wasser daran zu hindern, im Ringraum anzusteigen. Unter typischen Umständen sollte der Ringraum dann etwa halb voll sein mit Vergußmaterial, da die Dichte des Vcrgußmatcrials etwa zweimal so groß ist wie die des Seewassers.

Wenn der Luftdruck im Ringraum auf atmosphärischen Druck reduziert worden ist. kann der Kompressor 78 mit dem dazugehörigen Ventil in der Leitung und dem Druckmeßgerät zu einem anderen Stützbein der Plattform gebracht werden und damit begonnen werden, Wasser aus diesem Stützbein auszutreiben.

Es kann auch wünschenswert sein, so viel zusätzliches Vergußmaterial einzupumpen, daß mindestens 2,438 m bis 3,048 m zusätzliche Höhe an Vergußmaterial im Ringraum erreicht wird. Der durch dieses zusätzliche Vergußmaterial erzeugte Druck preßt das Vergußmatcrial aus dem unteren Ende des Ringraumes heraus und drückt auch Wasser heraus, das nach oben eingesickert sein mag, oder Schlamm, der noch am unteren Ende des Ringraumes verblieben sein kann. Dieses herausgepreßte Vergußmaterial fließt in Hohlräume oder Leerräume im Schlamm, die von dem vorher aus dem Ringraum herausgedrückten Wasser erzeugt worden sind. Und in vielen Fällen preßt der Druck des Vergußmaterials auch den Schlamm aus der Umgebung des unteren Endes des Mantelrohres weg. Gegebenenfalls kann zu diesem Zeitpunkt weiteres Vergußmaterial in den Ringraum eingefüllt werden, um die aus dem unteren Ende de; Ringraumes herausgepreßte Menge zu erhöhen. Da; herausgepreßte Vergußmaterial bildet, wenn es erhärtd ist, eine Gründungsglocke bzw. einen Gründungstrich ter. der die Stabilität der Konstruktion bedeutene erhöht.

Das Herauspressen von Vergußmatcrial aus den unteren Ende des Ringraumes kann auch /u einen

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man am unteren Ende einen Druck aufrecht hält, der über dem zum Ausgleich der Seewassersäule nötigen Druck liegt.

Wenn eine angemessene Menge Vergußmaterial eingepumpt worden ist, um Schlamm und Wasser unten aus dem Ringraum zu entfernen und eine glocken- bzw. trichterförmige Gründung zu schaffen, falls eine solche vorgesehen ist, wird eine kleine Menge eines schnellabbindenden Vergußmaterials in den Ringraum eingepumpt. Meistens braucht nur so viel schnellabbindendes Vergußmaterial eingepumpt zu werden, daß der Ringraum über eine Länge von 0,305 tn bis 0,914 m gefüllt ist, denn es hat sich gezeigt, daß diese Menge, wenn sie erhärtet ist, ausreicht, um das Gewicht des darauf aufzubringenden, fluidförmigen Vergußmaterials abzustützen, das den Ringraum bis über die Wasseroberfläche auffüllt.

Rasch abbindende Zemente sind dem Fachmann bekannt und werden meistens dadurch hergestellt, daß ein Stoff wie Calciumchlorid zugefügt wird. Da nur eine kleine Menge rasch abbindenden Vergußmaterials verwendet wird, kann für die durch das verhältnismäßig schnelle Abbinden erzielte Zeitersparnis Festigkeit geopfert werden. In zufriedenstellender Weise läßt sich zum Beispiel einer der verschiedenen schnellabbindenden Zemente verwenden, die in der US-Patentschrift 35 64 856 beschrieben sind. Es sei noch erwähnt, daß dieser kurze Abschnitt aus rasch abbindendem Vergußmatertal im Vergleich zu dem darunter im Ringraum befindlichen Vergußmaierial ziemlich schnell erhärtet. Sobald das Erhärten bzw. Abbinden dieses kleinen Anteils beendet ist, kann wieder das normale Vergußmaterial in den Ringraum eingepumpt werden, um diesen bis zur Oberkante auszufüllen. Dann läßt man dies Vergußmaterial abbinden, und damit ist das Vergußvsrfahren beendet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist bisher in Anwendung bei einer Konstruktion gemäß Fig. 1 bis 5 beschrieben worden, bei dem Stützrohr und Mantelrohr bis über die Wasseroberfläche reichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch für andere Offshore-Konstruktionen geeignet, bei denen entweder der Stützpfahl oder das Mantelrohr oder beide unterhalb der Wasseroberfläche enden. Beispiele solcher Konstruktionen sind in der US-Patentschrift 32 09 544 gezeigt. Wie aus F i g. 6 der vorliegenden Anmeldung hervorgeht, kann dabei ein Mantelrohr 113 ein trichterförmiges oberes Ende 111 und eine federnd nachgiebige ringförmige Dichtung 119 aus Kunstkautschuk oder dergleichen im oberen Ende des Mantelrohres aufweisen. Das Mantelrohr erstreckt sich nach unten in den Meeresboden 12 und endet ein gutes Stück unterhalb der Oberfläche 14 des Wassers. Durch die Dichtung 119 ist ein Stützpfahl oder Stützrohr 117 in den Meeresboden eingetrieben. Das Wasser wird aus dem zwischen dem Stützrohr und dem Mantelrohr gebildeten Ringraum 118 durch Luft ausgepreßt die durch eine Leitung 180 zugeführt wird. Dann wird Vergußmaterial durch eine Leitung 176 für Vergußmaterial in den Ringraum eingepumpt, und das Vergußverfahren wird fortgesetzt wie bereits beschrieben. Die Leitungen für Luft und Vergußmaterial können gegebenenfalls durch Taucher abgenommen oder durch selbsttätig lösbare Kupplungen, beispielsweise explosionsfähige Kupplungen angebracht sein.

Die F i g. 7 und 8 zeigen noch eine andere Form einer Offshore-Konstruktion, bei der ein Mantelrohrglied 213 früheren Zeitpunkt des Verfahrens erzielt werden, wem mit glockenartig erweitertem unterem Ende an diesen unteren Ende 211 so erweitert ist, daß es Raum für cini Vielzahl von Stützpfählen oder Stützrohren 217 schaffi Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens au diese Konstruktion wird der die Stützrohre in erweiterten Bereich 211 des Mantelrohrs umgebend« Raum beispielsweise durch eine eingeschweißte Platte 219 unmittelbar oberhalb der Enden der Stützrohn

ίο abgedichtet. Die Platte kann jedoch auch an einei beliebigen anderen Stelle weiter oben im Mantelrohi verschweißt sein. Auch die oberen Enden der Stützrohn 217 können durch eingeschweißte Platten oder au andere Weise verschlossen sein; aber in vielen Fällen isi das nicht nötig, da die Stützrohre tief in den Grunc eingerammt werden. Luft kann durch eine Leitung 28C zugeführt werden, um das Wasser aus dem unterer Ende des erweiterten Bereichs 211 des Mantelrohre! herauszupressen, und dann kann durch eine Leitung 276 Vergußmaterial zugeführt werden und das Veigußver· fahren wie bereits beschrieben ausgeführt werden.

Das Vergußverfahren gemäß der Erfindung ist hier zwar nur zum Ausgießen der Stützbeine einer neuen Offshore-Konstruktion beschrieben worden, über es

2j liegt auf der Hand, daß das Verfahren auch zum Ausgießen alter, bereits bestehender Konstruktionen geeignet ist, die beim ursprünglichen Bau nicht vergossen wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Vergießen von Konstruktionen angewandt werden, bei denen am unteren Ende des Ringraumes eine Dichtung vorgesehen ist, wenn diese Dichtung eine Strömung aus dem Ringraum heraus erlaubt. Bei manchen bekannten Vergußverfahren ist eine aufblasbare Packung zum Verschließen des unteren Endes des Ringraumes vorgesehen. Solche Packungen können auch nach Bedarf entleert werden, damit Wasser oder Vergußmaterial aus dem unteren Ende des Ringraumes herausgepreßt werden kann.

Wenn das ganze Wasser aus dem Ringraum herausgedrückt worden ist, kann ein kurzer Stöpsel odei Stopfen in einer Länge von 2,438 m bis 3,048 m aus rasch abbindendem Vergußmaterial eingepumpt und am unteren Ende des Ringraumes durch Luftdruck gehalten werden, bis er erhärtet ist. Dann kann der Luftdruck aufgehoben und der Rest des Ringraumes mit dem üblichen Vergußmaterial gefüllt werden, vorzugsweise mit einem expandierenden Vergußmaterial. Durch dies Verfahren wird besser gewährleistet, daß im Hauptbereich des Ringraumes keine Lufttaschen oder Wassertasehen vorhanden sind. Da der rasch abbindende Stopfen das untere Ende verschlossen hat, kann kein Wasser eindringen, und das Auffüllen des restlichen Ringraumes onne Druckluft verringert die Gefahr, daß Luftdruckblasen eingeschlossen werden.

Normalerweise wird ein Vergußmaterial auf Zementbasis aus Gründen der Festigkeit und wegen der verhältnismäßig niedrigen Kosten bevorzugt In einigen Einbauten können aber aus verschiedenen Gründen auch andere Stoffe bevorzugt sein. Beispielsweise kann

fio eine Sandaufschlämmung oder Epoxydmaterial oder sonstige Kunststoffe verwendet werden, wenn ein höherer Elastizitätsmodul des Vergußmaterials erwünscht ist Die Erfindung ist auch zur Verwendung derartiger Stoffe geeignet und unter den Ausdruck »Vergußmaterial« fallen alle Stoffe, die für das Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion mit mindestens einem Stützbein, das einen sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden rohrförmigen Mantel im Wasser und einen Stützpfahl in dem Mantelrohr hat, dessen Außendurchmesscr kleiner ist als der Innendurchmesser des Mantelrohrs, wobei ein Ringraum /wischen der Innenseite des Mantelrohrs und dem Stützpfahl gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist und am Anfang zumindest im unteren Bereich Schlamm enthält, man zum Ausspulen des Ringraumes Wasser in diesen einführt, sodann Vergußmaterial /u seinem unteren Ende bringt und dieses dun erhärten laßt, d a durch gekennzeichnet, daß man das Wasser zum Ausspülen von oben her in den Ringspah einführt und aus seinem linieren Ende wieder austreten läßt, und der Luftdruck das Wasser aus dem Ringspalt an seinem unteren Ende herauspreßt, sodann das Vergußmaterial von oben her durch ilen Ringraum nach unten fließen läßt und es /um Verhindern des Findringens von Wasser bis /um Aushärten unter einem ausreichend hohen Luftdruck hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Vergußmaierials aus dem unteren Ende des Ringraumes /ur Bildung eines Trichters bzw. einer Glocke um das untere Ende des Mantelrohres ausfließen läßt.

J. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst einen ersten Teil des Vcrgußmatcriales einfließen, unter Luftdruck erhärten und dann erst weiteres Vergußmaterial einfließen und erhärten läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß man nach Erhärten des ersten Teils des Vcrgußmaterials und vor dem Einleiten des weiteren Vergußmaterials den Luftdruck aufhebt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß der auf den ersten Teil des Vergußmaierials ausgeübte Luftdruck der Höhe der das Mantelrohr außen umgebenden Wassersäule entspricht.

b. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Einfüllen des Vergußmaterials erneut Wasser in den Ringraum einführt und an dessen unterem Ende wieder austreten läßt.