DE2365950A1

DE2365950A1 - Vergussverfahren fuer eine offshore- konstruktion

Info

Publication number: DE2365950A1
Application number: DE2365950*A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: SHIELDS JUN
Current assignee: SHIELDS JUN
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1973-09-20
Publication date: 1976-12-30
Also published as: GB1444158A; MY7900149A; DE2347466A1; DK142504B; NL7313552A; DE2365950C2; NO141812C; GB1444160A; US3832857A; NL172772C; MY7900094A; GB1444159A; DK142504C; NL172772B; DE2347466B2; NO141812B

Description

Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion

Beanspruchte Priorität: 7. Mai 1973, V.St.A., Nr. 358 009

14. August 1973, V.St.A., Nr. 388 085

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion mit mindestens einem Stützbein, das einen rohrförmigen Mantel, der sich von oberhalb der Wasseroberfläche nach unten zum Meeresboden erstreckt, und einen durch das Mantelrohr in den Meeresboden getriebenen Stützpfahl bzw. Stützrohr hat, zwischen dem und der Innenseite des Mantelrohrs ein Ringraum gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist, wobei man zum Ausspülen des Ringraumes denselben mit Druckluft beaufschlagt und anschließend (unter Aufrechterhaltung dieses Druckes oder nicht) schnell härtendes Vergußmaterial von oben einfließen und dasselbe aushärten läßt-»

Offshore-Konstruktionen, d.h. Konstruktionen vor der Küste, sind in den vergangenen Jahren immer üblicher geworden, um Bohrplattformen für Erdöl- und Erdgasbohrlöcher abzustützen und Erdöl und Erdgas aus solchen Bohrlöchern zu fördern. Derartige Konstruktionen können in Wasser von verhältnismäßig geringer Tiefe bis zu ein
paar hundert Meter Tiefe errichtet werden.

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Es werden die verschiedensten Formen von Konstruktionen und Konstruktionsverfahren für solche Plattformen angewandt. Ein derartiges besonders in tiefem Wasser geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 209 544 gezeigt, bei dem die Stützbeine der Konstruktion an Land hergestellt und zusammengesetzt werden. Die Stützbeine sind hohl und können abgedichtet sein, um die Konstruktion aufschwimmen zu lassen, so daß sie an die gewünschte Stelle vor der Küste geschleppt werden kann. Dann werden Ventile In den Beinen zum Fluten mit Seewasser geöffnet, so daß die Beinkonstruktion in eine vertikale Stellung absinkt und sich auf dem Boden absetzt. Beim Einsinken der Beine füllen diese sich mit Wasser bis zum Wasserspiegel des Meeres. Es liegt auf der Hand, daß das Stück, um das die Beine In den Meeresboden absinken, vom Gewicht der Konstruktion und der Weichheit des Meeresbodens abhängt.

Eine Plattform, die nur auf derartige Beine gebaut ist, wäre sehr wenig stabil, besonders bei schweren Stürmen. Deshalb ist es üblich, die Konstruktion dadurch fester mit dem Boden zu verbinden, daß hohle Stahlpfähle durch die Beerte', die dadurch Jackets oder Mantelrohre für die Stutzpfähle werden, eingetriebton werden. Wenn ein Stützpfahl durch ein Mantelrohr abgesenkt wird, schlägt er die die unteren Enden der Mantelrohre verschließenden Dichtungen ab, so daß die Mantelrohre noch tiefer in den Boden einsinken und Schlick und Schlamm vom unteren Ende her in den Ringraum zwischen dem Stützpfahl und dem Mantelrohr eintreten kann.

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Wenn der Stützpfahl völlig eingetrieben oder eingerammt ist (normalerweise bis es nicht mehr weitergeht), Ist es bisher üblich, den Ringraum zwischen dem Stützpfahl und dem Mantelrohr mit einem Vergußmaterial oder Füllmaterial auszufüllen, welches sich an Ort und Stelle verfestigt. Hierdurch wird nicht nur die Steifigkeit und damit die Festigkeit der Konstruktion erhöht, sondern auch Wasser herausgehalten, um die Korrosion der Stützpfähle zu verhindern. Wenn das Vergußmater I a I den Ringraum bis zum unteren Ende des Mantelrohres ganz ausfüllt, ist das Stützrohr durch den weichen Schlamm am Meeresboden geschützt.

Zum Ausgießen derartiger Konstruktionen werden bereits verschiedene Verfahren angewandt. Ein Verfahren, das aus der bereits genannten US-Patentschrift 3 209 544 hervorgeht, erfordert beispielsweise die Anwendung einer Dichtung am unteren Ende des Ringraumes. Bei diesem Verfahren wird das Vergußmaterial in das untere Ende des Ringraumes eingepumpt und steigt darin,bis nach oben an. Das Verfahren macht meistens den Einsatz von Tauchern nötig, und außerdem ist es oft nicht möglich, völlig zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, da das Wasser 'nicht wirksam aus dem ringförmigen Raum herausgehalten werden kann, so daß das Vergußmaterial verdünnt wird und nur schwer abbindet.

In der US-Patentschrift 3 492 824 Ist ein Verfahren beschrieben, das das Einleiten oder Einspritzen von Luft in das obere Ende des Ringraumes vorsieht, um Wasser durch einen Nippel am unteren Ende des Ringraumes auszutreiben und dann Vergußmaterial durch den am unteren Ende vorgesehenen Nippel elnzu-

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spritzen oder einzuführen. Das Vergußmaterίa I soll durch den Ringraum bis über die Wasseroberfläche ansteigen und Luft nach oben zum Entweichen bringen. In der praktischen Anwendung wäre ein solches System sehr wenig zufriedenstellend. Der Meeresboden ist am unteren Ende des Mantelrohres normalerweise weich und porös, so daß Vergußmaterial, sobald genug davon eingepumpt Ist, um die hydraulische Drucksäule des darüber Iiegenden Seewassers zu überwinden, beginnen würde aus dem unteren Ende des Mantelrohres herauszulaufen und verloren ginge. Es wäre also nötig, eine Art von Dichtung oder Verschluß am unteren Ende des Ringraumes vorzusehen, um das Vergußmaterial darin zurückzuhalten.

In der US-Patentschrift 3 492 824 ist auch ein Verfahren offenbart, gemäß dem Luft in den Nippel am unteren Ende des Ringraumes eingespritzt oder eingeführt wird, um das Wasser nach oben durch den Ringraum und oben aus ihm herauszudrücken. Es liegt auf der Hand, daß ein solches System zum Austreiben von Wasser sehr wenig wirkungsvoll wäre, da die Luft, die ja leichter Ist, durch das Wasser aufsteigt. Auch bei diesem Verfahren bestünde das gleiche Problem, daß am unteren Ende Vergußmaterial verloren ginge.

In der US-Patentschrift 3 564 856 Ist ein weiteres Vergußsystem beschrieben, bei dem das Vergußmaterial durch Nippel am unteren Ende des Ringraumes eingefüllt oder eingespritzt wird. Hier wird Wasser zum Ausspülen von Schlamm von der Stelle der Einspritznippel nach oben verwendet, jedoch kein Versuch unternommen. Wasser oder Schlamm von unterhalb der Einspritzstelle zu

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entfernen. Ferner 1st hler der Ringraum zu Beginn mit Wasser gefüllt, das durch das ansteigende Vergußmaterial nach oben vei— drängt werden muß. Folglich wäre ein großer Überschuß an Vergußmaterial nötig, um sicherzustellen, daß das ganze Wasser oben aus dem Ringraum herausgedrückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Vergußverfahren weitgehend zu vermeiden und das auf bessere Weise zu erreichen, als es gemäß der US-Patentschrift 3 601 999 möglich Ist.

Gemäß der Erfindung wird Wasser aus dem Ringraum am unteren Ende durch Aufbringen von Luftdruck ausgetrieben, Vergußmaterial wird in den Ringraum eingefüllt und fließt zum unteren Ende desselben, wobei im Ringraum genügend Luftdruck aufrecht erhalten wird, um eine Rückkehr von Wasser zu verhindern, und man das Vergußmaterial im Ringraum abbinden bzw. erhärten läßt. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Wasser durch den Ringraum entweder vor oder nach dem Einspritzen der Luft gespült, um Schlamm herauszuwaschen. Bei ei/iem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Vergußmaterial, ehe es abbindet, so stark mit Druck beaufschlagt, daß ein Teil des j Vergußmaterials aus dem unteren Ende des Ringraumes herausgepreßt wird, um um das untere Ende des Mantelrohres herum eine Glocke bzw. einen Trichter zu bilden. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine verhältnismäßig kleine Menge Vergußmaterial, die nicht ausreicht, um der hydraulischen Drucksäule des darüber liegenden Seewassers ent-

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gegenzuwirken, in den Ringraum eingepumpt bzw. eingeführt und druckbeaufschlagt, bis das Vergußmaterial erhärtet, wodurch im Boden des Ringraumes ein Stopfen gebildet wird.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zum Ausgießen des Ringraumes zwischen dem Mantelrohr und dem Stützpfahl in den Stützbeinen einer Offshore-Konstruktlon, bei dem Luft zum Austreiben von Wasser aus dem unteren Ende des Ringraumes eingeführt und der Ringraum dann von oben her mit Vergußmaterial gefüllt wird. Wasser kann zum Ausspülen von Schlamm im Ringraum nach unten gepumpt werden. Es kann auch ein wenig Vergußmaterial aus dem Boden des Ringraumes herausgedrückt werden, um Schlamm zu entfernen oder eine trichter- bzw. glockenförmige Gründung zu schaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen verschiedener Beispiele zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer typischen Anordnung einer Offshore-Konstruktlon auf dem Meeresboden;

Fig. 2 eine ha Ibschematisehe Ansicht einer Vorrichtung zum Ausführen eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Flg. 3 einen vergrößerten Tel I sehn Itt durch eins der Stützbeine der Konstruktion gemäß Flg. 1, bei dem der Verfahrensschritt des Herausdrückens von Wasser aus dem Ringraum zwischen dem Mantelrohr und dem Stützpfahl der Stützbeine dargestellt Ist;

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Fig. 4 einen Teilschnitt des unteren Abschnitts eines Stützbeines ähnlich Flg. 3, bei dem ein Teil des Vergußmaterials an Ort und Stelle dargestellt Ist;

Fig. 5 einen Teilschnitt ähnlich Flg. 3 und 4, bei dem das Vergußmaterial an Ort und Stelle dargestellt ist;

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine andere Offshore-Konstruktion, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt ist;

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

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 durch die Konstruktion gemäß Fig. 7.

In Fig. 1 ist eine typische Offshore-KonstruktIon 10 dargestellt, wie sie von der Erdöl- und Erdgas IndustrIe bei Bohrungen und Förderungen vor der Küste angewandt wird. Die Konstruktion 10 ist, so wie sie dargestellt ist, nur der Basistell, 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 DiagonaIeIemente 16 in bekannter Welse 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

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ihr eigenes Gewicht so lange, bis die Mantelrohre 13 bis zu 9,144 m (30 Fuß) in den Meeresboden eingesunken sind.

Wenn die Konstruktion 10 richtig angeordnet worden ist, werden zur endgültigen Unterstützung der Plattform Stützpfähle durch die Mantelrohre in den Meeresboden meistens soweit eingetrieben, bis es nicht mehr weitergeht. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Stutzpfähle normalerweise Stahlröhren und haben üblicherweise eine etwas kleinere Rohrgröße als die Mantelrohre, so daß zwischen jedem Stützpfahl bzw. Stutzrohr und dem das Stützrohr umgebenden Mantelrohr ein Ringraum 18 gebildet ist. Der Ringraum ist natürlich nicht gleichmäßig, da keinerlei Einrichtung zum Zentrieren des Stützrohres im Mantelrohr verwendet wird. Im allgemeinen hat der Ringraum aber eine radiale Breite von ca. 25,4 mm bis 63,5 mm (1 bis 2 1/2 Zoll) je nach der Größe der Anlage. Dies ist der Rt ng raum., der besonders im Bereich des unteren Endes des Mantelrohrs mit Vergußmaterial gefüllt werden muß, um nicht nur etne so große Steifigkeit der Stützbetne 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 Stutzrohr 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

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die sonstigen Aufbauten angebracht werden. Durch das Verschweißen dieses Ringes 19 wird eine druckdichte Abdichtung am oberen Ende des Ringrau me s 18 geschaffen.

Eine Vorrichtung, die sich als zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet erwiesen hat, Ist etwas schematisch in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung sind zwei Druckbehälter 30, 32 als Speicher für trockenen Zement vorgesehen. Diese DruckbehäIter können beispielsweise mit einem Luft-Gleitboden versehen sein, wie sie in den US-Patentschriften 2 609 125 und 2 934 223 offenbart sind. Bei diesen Anlagen wird trockener Zement in die Behälter gefüllt und ruht auf einem porösen, geneigten Boden. Durch den Boden strömende Luft wirbelt das Material i Ri Behälter auf und fluidisiert es, so daß es die geneigte Fläche hinunterfließt. Bei der hier gezeigten Vorrichtung wird die zu diesem Prozeß nötige 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, weitertransportiert. Der Fließzement fließt jeweils aus einem der Druckbehälter zu einem Beruhigungs- bzw. Zwischenbehälter 52, aer an seinem unteren Ende mit einem entsprechenden Venti! 54 für trockenes Material versehen ist. Bei

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diesem Ventil kann es sich um ein Ventil der in der US-Patentschrift 2 858 966 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
Speichertank 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 eingesprühten Wasser vermischt wird. Das Gemisch fließt dann durch die Leitung 62 in eine Breiwanne 70. Aus dieser Breiwanne pumpt eine Pumpe 72 das fluidförmige Vergußmaterial durch eine
Rohrleitung bzw. einen Schlauch 76 in den Ringraum zwischen dem Mantelrohr 13 und dem Stützrohr 17. Die Rohrleitung 76 ist dabei mit einem Rückströmventil 86 versehen, damit eine Strömung nur
in Richtung zum Ringraum erfolgt. In vielen Fällen sind Zentrifugalpumpen zufriedenstellend; aber wenn hoher Druck nötig ist, beispielsweise bei Einbauten in tiefem Wasser, kann eine Kolbenpumpe besser geeignet sein.

Hochdruckluft zum Austreiben von Wasser aus dem Ringraum und für das Vergußverfahren wird von einem Hochdruck-Luftkompressor 78 geliefert. Dieser Luftkompressor fördert Luft

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durch eine Leitung 80, die mit einem entsprechenden Ventil 82, einem Druckmeßgerät 84 und einer Ent IüftungsI eitung 83 mit darin vorgesehenem Ventil 85 versehen ist. Aus weiter unten näher erläutertem Grund liefert das Druckmeßgerät seine Anzeige vorzugsweise in Meter Seewasser. Um zu verhindern, daß Vergußmaterial in die Luftleitung gelangt, kann die Leitung 76 unterhalb der Luftleitung und an der gleichen Seite des Mantelrohres wie die Leitung 80 angeschlossen sein, wie Fig. 3, 4 und 5 zeigen.

Wenn ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch in die Praxis umgesetzt wird, daß der Kompressor 78 batätlnt und das Ventil 82 so eingestellt wird, daß eine Strömung durch die Leitung 80 in den Ringraum möglich ist, wobei das Entlüftungsventil 85 geschlossen ist, wird unter Druck stehende Luft in den Ringraum 18 eingeführten dem Maß, In dem der Luftdruck im Ringraum steigt, wird das darin enthaltene Wasser nach unten und am Boden herausgepreßt. In manchen Fällen kann jedoch das Mantelrohr 13 innerhalb einer stark verdichteten Bodenformation ruhen, so daß der zur Verfügung stehende Luftdruck nicht ausreicht, um Wasser hindurchzupressen. In-diesem Fall kann unter hohem Druck stehendes Wasser mit der Pumpe 72 in den Ringraum eingepumpt werden, bis die Bodenformation sojweit nachgegeben hat, daß das Wasser durch Luftdruck hindurchgepreßt werden kann. Dann wird die Pumpe abgeschaltet und Luftdruck angewandt, um das Wasser aus dem Ringraum auszutreiben.

Wie Fig. 3 zeigt, ist ein Riß oder ein sonstiges Loch 90 im Mantelrohr oder ein hier nicht gezeigtes offenes Flutventil

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im Mantelrohr ohne weiteres beim erfindungsgemäßen Verfahren zu erkennen. Wenn der Wasserpegel Im Ringraum absinkt, steigt der zum Auspressen des Wassers nötige Luftdruck kontinuierlich proportional zum 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 Druckanzeige fest. •Wenn der Wasserspiegel Im Ringraum ein Loch 90 im Mantelrohr erreicht, steigt 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 Loch zu schließen. Und dann kann das Austreiben des Wassers durch Luftdruck erneut aufgenommen werden.

Wie bereits erwähnt,, fUI 11 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 Höhe des Meeresbodens 12. Es ist besonders wichtig, daß Im wesentlichen der ganze derartige Schlamm aus dem Ringraum entfernt wird, damit keine Hohlräume Im Vergußmaterial entstehen, das in den Ringraum gefüllt werden soll. Solche Hohlräume oder Leerräume, die mit Schlamm und Seewasser gefüllt sind, vermindern nicht nur die Festigkeit und Steifheit der Konstruktion ganz außerordentlich, sondern sind auch die Ursache für eine große Beschleunigung der Korrosion

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an den Stützpfählen und im Inneren der Jackets. Das Verfahren gemäß der Erfindung, 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 Form von an die Oberfläche steigenden Luftblasen feststellbar ist. In diesem Zeitpunkt kann der Kompressor abgeschaIfet 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 Druckmeßgerät 84 einen Druck anzeigen, der der Säule bzw. Druckhöhe des Meereswassers entspricht. Dieser Druck wird im Ringraum aufrecht erhalten, um sicherzustellen, daß Wasser und Schlamm nicht von unten her erneut im Ringraum aufsteigen.

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, noch

weiter Schlamm am unteren Ende des Ringraumes auszuwaschen oder ; auszuspülen. Das Kann dadurch erreicht werden, daß man zusätzllches Wasser durch den Ringraum zirkulieren läßt oder spült, wöbe? 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 Sn diesem Zeitpunkt erhöht werden, um sicherzusteSIen_p daß das Spülwasser am unteren

Ende aus dem Ringraum herausgedrückt wird.

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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 Seewassersäule entsprechenden Druck. Jetzt ist die Konstruktion für das eigentliche Vergießen bereit.

Das bevorzugte Vergußmaterial 1st ein expandierendes Vergußmaterial, 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 Expansionseigenschaften 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. Ein derartiger expansionsfähiger Zement, der sich zum Herstellen eines sich ausweitenden bzw. expandierenden Vergußmaterials gemäß der Erfindung eignet, ist der unter dem Warenzeichen CHEMP-COMP vertriebene, von der Firma Texas Industries, Inc. hergestellte Zement.

Zum Herstellen des Vergußmaterials wird dem Zement Wasser in einer vom Zementhersteller empfohlenen Menge oder gemäß den Normen des American Petroleum Institute zugefügt.

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Die Wassermengen erzeugen ein f I uidförmiges Vergußmaterial, dessen Viskosität von 5 bis 20 P reichen kann. Ein innerhalb dieses Bereiches liegendes Vergußmaterial hat eine ausreichende Viskosität, die es kaum durch den Schlamm fließen läßt, in dem das Mantelrohr 13 angeordnet ist. Die Dichte derartiger Vergußmaterialien liegt meistens zwischen ca. 1,678 g/cm und 1,917 g/cnr (14 bis 16 pounds pro US-Gallone per 3,7853 Liter) (d.h. etwa der zweifachen Dichte von Wasser). Aber «s können auch Vergußmaterial len, 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 2,438 m bis 3,048 m (8 bis 10 Fuß) des Ringraumes auszufüI I en, mit einer Strömungsmenge von beispielsweise 318 l/min, bis .477 1/min.;

/Übllcher-t (2 bis 3 Paß mit 42 US-Gallonen per 3,7853 1/min.)eingepumpt. / weise wird der Luftdruck, wenn diese anfängliche Charge des Vergußmater ta Is Zeit genug gehabt hat, bis zum unteren Ende des Ringraumes herabzufallen, sojweit 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

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in solchem Maß entlastet wird, daß der Druck am unteren Ende des Ringraumes so hoch oder etwas höher gehalten wird wie die Drucksäule des darüber liegenden Seewassers. 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 Druckmeßgeräts 84. Dieser Vorgang wird solange 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 Vergußmaterials 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, Waiser aus diesem Stützbein auszutreiben.

Bet einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der

Erfindung ist es dann wünschenswert, sofviel zusätzliches Vergußmaterial einzupumpen, daß mindestens 2,438 m bis 3,048 m (8 bis 10 Fuß) zusätzliche Höhe an Vergußmaterial im Ringraum erreicht wird. Der durch dieses zusätzliche Vergußmaterial erzeugte Druck preßt das Vergußmater I a I aus dem unteren Ende des Ringraumes heraus und drückt auch Wasser heraus, das nach

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oben eingesickert sein mag, oder Schlamm, der noch am unteren Ende des Ringraumes verbl ieben 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 Vergußmaterlals 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 des Ringraumes herausgepreßte Menge zu erhöhen. Das herausgepreßte Vergußmaterial bildet, wenn es erhärtet ist, eine Gründungsglocke bzw. einen Gründungstrichter, der die Stabilität der Konstruktion bedeutend erhöht.

Das Herauspressen von Vergußmaterial aus dem unteren Ende des Ringraumes kann auch zu einem früheren Zeitpunkt des Verfahrens erzielt werden, wenn 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 Rfngraum zu entfernen und eine glocken- bzw. trichterförmige Gründung zu schaffen, falls eine solche vorgesehen ist, wird eine kleine Menge eines sehne I I abbindenden Vergußmaterials in den Ringraum eingepumpt. Meistens braucht nur soiv i e I sehne I I abb f ndendes Vergußmaterial eingepumpt zu werden, daß der Ringraum über eine Länge von 0,305 m bis 0,914 m (1 bis 3 Fuß) gefüllt ist, denn es hat sich gezeigt, daß diese Menge, wenn sie erhärtet ist,

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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 «erden meistens-dadurch hergesteI 1t, 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 sehne IlabbIndenden Zemente verwenden, die In der oben genannten US-Patentschrift I^ νη Q *) {ρ beschrieben sind. Es sei noch erwähnt, daß dieser kurze Abschnitt aus rasch abbindendem Vergußmaterial Im Vergleich zu dem darunter im Ringraum befindlichen Vergußmaterial 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 Vergußverfahren 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-KohstruktIonen geeignet, bei denen entweder der Stützpfahl oder das Mantelrohr oder beide unterhalb der Wasseroberfläche enden. Beispiele solcher Konstruktionen sind in

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der bereits genannten US-Patentschrift 3 209 544 gezeigt. Wie aus Fig. 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 expIosionsfähige Kupplungen angebracht sein.

Die Figuren 7 und 8 zeigen noch eine andere Form einer Offshore-Konstruktion, bei der ein Mantelrohrglied 213 mit glockenartig erweitertem unterem Ende an diesem unteren Ende so erweitert ist, daß es Raum für eine Vielzahl von Stütz-, pfählen oder Stützrohren 217 schafft. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese Konstruktion wird der die Stützrohre im erweiterten Bereich 211 des Mantelrohres umgebende Raum beispielsweise durch eine eingeschweißte Platte 219 unmittelbar oberhalb der Enden der Stützrohre abgedichtet. Die Platte kann jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle welter

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oben im Mantelrohr verschweißt sein. Auch die oberen Enden der Stützrohre 217 können durch eingeschweißte Platten oder auf andere Weise verschlossen sein; aber in vielen Fällen ist das nicht nötig, da die Stützrohre tief in den Grund eingerammt werden. Luft kann durch eine Leitung 280 zugeführt werden, um Wasser aus dem unteren Ende des erweiterten Bereichs 211 des Mantelrohres herauszupressen, und dann kann durch eine Leitung Vergußmaterial zugeführt werden und das Vergußverfahren wie bereits beschrieben ausgeführt werden.

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

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wir-d, wenn das ganze Wasser aus dem Ringraum herausgedrückt worden ist, ein kurzer Stöpsel oder Stopfen in einer Länge von 2,438 m bis

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3,048 m (8 bis 10 Fuß) aus rasch abbindendem Vergußmaterial eingepumpt und am unteren Ende des Ringraumes durch Luftdruck gehalten, bis er erhörtet 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 Wassertaschen vorhanden sind. Da der rasch abbindende Stopfen das untere Ende verschlossen hat, kann kein Wasser eindringen, und das Auffüllen des restlichen Ringraumes ohne 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 eine Sandaufsch Iämmung oder Epoxydmateria I 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" sollen alle Stoffe fallen, die für das Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion mit mindestens einem Stützbein, das einen rohrförmigen Mantel, der sich von oberhalb der Wasseroberfläche nach unten zum Meeresboden erstreckt, und einen durch das Mantelrohr in den Meeresboden getriebenen Stützpfahl bzw. Stützrohr hat, zwischen dem und der Innenseite des Mantelrohrs ein Ringraum gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist, wobei man zum Ausspülen des Ringraumes denselben mit Druckluft beaufschlagt, unter Aufrechterhaltung dieses Druckes schnellhärtendes Vergußmaterial von oben her einfließen und dasselbe aushärten läßt, dadurch gekennzeichnet , daß man zunächst einen kurzen Stopfen schnellhärtendes Vergußmaterial einfließen und dieses unter dem Luft* druck erhärten läßt, daß man sodann den Luftdruck aufhebt und anschließend eine weitere Menge Vergußmaterial einfließen läßt.

2. Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion mit mindestens einem Stützbein, das einen rohrförmigen Mantel, der sich von oberhalb der Wasseroberfläche nach unten zum Meeresboden erstreckt, und einen durch das Mantelrohr in den Meeresboden getriebenen Stützpfahl bzw. Stützrohr hat, zwischen dem und der Innenseite des Mantelrohres ein Ringraum gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist, wobei man zum Ausspülen des Ringraumes denselben mit Druckluft beaufschlagt, schnellhärtendes Verguß-

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material von oben her einfließen und dasselbe aushärten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Zuführens des Vergußmaterials den Luftdruck so verringert, daß zwischen dem Vergußmaterial und der außen am Mantelrohr darüberliegenden Wassersäule ein hydraulischer Druckausgleich entsteht.

3. Vergußverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruck langsam oder stufenweise verringert wird.

4. Vergußverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verringern des Luftdrucks während des Zuführens des Vergußmaterials solange vorgenommen wird, bis soviel Vergußmaterial im Ringraum eingeflossen ist, daß es zum Ausgleich der außen am Mantelrohr darüberliegenden Wassersäule auch ohne zusätzlichen Luftdruck ausreicht.

5. Vergußverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß man zusätzlich Vergußmaterial in den Ringraum einfließen, am unteren Ende aus dem Ringraum etwas Vergußmaterial· austreten und das Vergußmaterial sodann erhärten läßt.

6. Vergußverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfließen des Vergußmaterials und das Verringern des Luftdrucks so koordiniert werden, daß der Druck im unteren Ende des Ringraums etwa dem Druck des darüberliegenden Meerwassers entspricht.

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7. Vergußverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erhärten des zunächst eingeflossenen Vergußmaterials der Ringraum bis oberhalb der Wasserlinie mit Vergußmaterial aufgefüllt wird.

8. Vergußverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst eine bestimmte Menge Vergußmaterial in den Ringraum einfließen läßt und, nachdem das Material

auf den Boden abgesunken ist, den Luftdruck soweit verringert, daß der von der Drucksäule des zunächst eingeflossenen Vergußmaterials ausgehende Druck ausgeglichen wird.

9. Vergußverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst einen ersten Teil bzw. Stopfen von Vergußmaterial einfließen läßt und erste nach dessen Erhärten weiteres Vergußmaterial zugibt.

10. Vergußverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verringerung des Luftdruckes nach der -Erhärtung des ersten Teiles bzw. Stopfens des Vergußmaterials und dem dadurch erzielten Druckausgleich mit dem hydrostatischen Druck des Umgebungswassers durch Ablassen des Luftdrucks schnell bewirkt.

11. Vergußverfahren für eine Offshore-Konstruktion mit mindestens einem Stützbein, das einen rohrförmigen Mantel, der sich von oberhalb der Wasseroberfläche nach unten zum Meeresboden erstreckt, und einen durch das Mantelrohr in den Meeresboden ge-

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triebenen Stützpfahl bzw. Stützrohr hat, zwischen dem und der Innenseite des Mantelrohrs ein Ringraum gebildet ist, der an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende zum Meeresboden hin offen ist, wobei man zum Ausspülen des Ringraumes denselben mit Druckluft beaufschlagt, unter Aufrechterhaltung dieses Druckes schnellhärtendes Vergußmaterial von oben her einfließen und dasselbe aushärten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst einen kurzen Stopfen von Vergußmaterial, insbesondere schnellaushärtendem Vergußmaterial in den Ringraum einfließen läßt und gleichzeitig den Luftdruck so hoch hält, daß ein Eindringen von Wasser vermieden wird, daß man dann den Luftdruck zum zumindest teilweisen Ausgleich des von der Drucksäule des eingeflossenen Vergußmaterials ausgehenden Druckes verringert, daß man sodann solange weiteres Vergußiraterial in den Ringraum einfließen läßt und dabei den Luftdruck derart verringert, daß der Druck im unteren Ende des Ringraums im wesentlichen dem Druck des darüber-1legenden Meerwassers entspricht, bis der Luftdruck auf Atmosphärendruck absinkt, daß man die zusätzlich eingeflossene Menge Vergußmaterials erhärten läßt, und daß dann der Ringeaum bis oberhalb der Wasserlinie mit Vergußmaterial aufgefüllt wird.

12. Vergußverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Erhärten des Stopfens eine weitere Menge Vergußmater ial bis auf mindestens etwa 24 0 cm Höhe in den Ringraum einfließen läßt, so daß Vergußmaterial aus dem Boden des Ringraums herausgedrückt wird.

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