DE2514522B2 - Offshore-plattform - Google Patents

Description

Offshore-Plattformen werden neben der Verv/endung für Meß- und Forschungszwecke und als Triiger für Leuchtfeuer überwiegend bei der Erforschung und Ausbeutung von Lagerstätten für Erdöl und Erdgas in offenen Gewässern eingesetzt und dienen dabei zur Aufnahme der zum Bohren und Fördern benötigten technischen Einrichtungen, ggf. zur vorübergehenden Speicherung der geförderten Rohstoffe sowie zur Aufnahme der Wohn- und Versorgungseinrichtungen für die Besatzung.

Es gibt schwimmende und feststehende Anlagen Zu den schwimmenden Anlagen gehören Spezialschiffe, deren Einsatzmöglichkeiten aber wegen ihrer Abhängigkeit von Wetter und Seegang begrenzt sind, und sogenannte Halbtaucher, bei denen die Plattform über Beine oder ein Gerüst mit katamaranartiigen oder anderen Schwimmkörpern verbunden ist, die sich in einer vom Seegang weniger beeinflußbaren Wassertiefe befinden. Die Halbtaucher werden vorwiegend dort eingesetzt, wo aufgrund großer Wassertiefen festste hende Plattformen mit wirtschaftlichen Mitteln nich mehr aufgestellt werden können.

Bei feststehenden Anlagen ist es bekannt, ein an Lanc vorgefertigtes stählernes Gerüst, ein sogenannte: Template mit Hilfe von schweren Kranschiffen an Or und Stelle zu bringen und auf dem Meeresboder abzusetzen. Dort wird es mit Hilfe von langen Pfähler im Untergrund verankert. In einem zweiten Arbeits gang wird dann die vorgefertigte Arbeitsplattforn ebenfalls mit schweren Schwimmkränen herangeführt auf dem Gerüst abgesetzt und mit diesem verbunden.

Eine zweite Möglichkeit des Transports bei diesei Ausführungsart besteht darin, daß das Gerüst liegenc auf einer besonderen Schwimmhilfe, z. B. einem hierfüi speziell konstruierten Floß aus Stahlrohren, einge schwömmen und an Ort und Stelle durch systematische! Fluten aufgerichtet und abgesenkt wird. Zum Aufrichter und Absenken werden zahlreiche Fluttanks mi entsprechenden Steuer- und Kontrolleinrichtungen füi die Reihenfolge beim Fluten und für den Füllgrac benötigt, und es sind schwere Kranschiffe erforderlich.

Es sind auch kombinierte Einheiten bekannt, die au; einem als Hohlkasten ausgebildeten Stahlbeton-Grün dungskörper und einem aufgesetzten Stahlgerüst odei Stahlturm mit Plattform bestehen. Bei dieser Anlag« wird der vorgefertigte Stahlbetonschwimmkörper mil dem Stahlaufsatz eingeschwommen und durch Fluter mit Hilfe von schweren Schwimmkränen oder vor Pontons aus abgesenkt. In einem zweiten Arbeitsgang wird dann die Plattform antransportiert und mit Hilfe von schweren Kränen aufgesetzt und befestigt.

Allen diesen bekannten Anlagen gemeinsam ist eir außerordentlich hoher Aufwand an Gerät und Zeit füi das Aufstellen der Plattform am Einsatzort, Hierbei fälli nicht nur der apparative Aufwand bei den Kosten in! Gewicht, sondern als entscheidender Nachteil ist die große Risikozeit zu werten, die in Kauf genommer werden muß, bevor die Plattform vollständig aufgebaut ist. In der Regel läßt sich die Einheit für der Seetransport nicht so stabil ausbilden, daß sie aller möglicherweise zu erwartenden Seewetterbedingunger mit Sicherheit gewachsen ist. Dabei ist auch zi berücksichtigen, daß die Einsatzorte meist weit in Se« liegen, so daß ein Aufsuchen von Fluchthäfen nichi möglich ist. Im Hinblick auf die auch heute nur kurzfristig mit Sicherheit zu stellenden Wettervoraussagen kann somit leicht der Fall eintreten, daß eine unerwartet einsetzende Schlechtwetterlage die Einheit gefährdet oder längere Wartezeiten an der Einbaustelle erfordert, bis ein gefahrloses Absetzen und Montierer möglich ist. Es fällt dabei insbesondere bei der bekannten Anlagen noch erschwerend ins Gewicht, dal das Aufstellen der Plattform in mehreren Etapper vorgenommen werden muß. Hohe Risikozeiten sind be Projekten dieser Größenordnung außerordentlich uner wünscht, weil — abgesehen von einem Totalverlusi durch Oberbeanspruchung und/oder Kentern — aud eine Verzögerung der Inbetriebnahme zu beträchtlicher Verlusten führen kann.

In neuerer Zeit sind auch Stahlbetonkonstruktioner entwickelt und gebaut worden, die vorwiegend flad gegründet sind. Der Gründungskörper besteht zumeis aus einer Fundamentplatte als Hohlkörper, der zugleicl Tanks zur Aufnahme des geförderten Öls enthält. Di< Arbeitsplattform ruht dann entweder auf einen zentralen Schaft, der sich in Form eines Turmes aus den Fundament erhebt oder auf mehreren, gewöhnlich dre

jer vier solcher Säulen. Die Arbeitsplattform selbst egt so hoch über dem Wasserspiegel, daß ihr Interboden von den höchst möglichen Wellenspitzen icht mehr erreicht wird. Der Bau erfolgt in der ersten hase in einer Dockbaugrube im Trockenen. Der tahlbeton-Gründungskörper wird dann aufgeschwomnen, und alle weiteren Phasen des Baus erfolgen chwimmend, wobei der Stahlbeton-Gründungskörper nit wachsender Höhe der Konstruktion in die Tiefe linkt. Der aufragende Turm bzw. die Säulen, als -lohlkörper ausgebildet, dienen beim Absenken als Stabilisatoren und müssen dementsprechend große Querschnitte aufweisen, was wiederum zu hohen Gewichten führt. Die ganze Einheit wird dann zum Einsatzort geschleppt und durch Fluten abgesenkt. Diese Bauweise hat zwar den Vorteil, daß die gesamte Anlage in gefahrlosem Gewässer fertiggestellt und dann als verhältnismäßig stabile Einheit zum Einsatzort transportiert werden kann, wo zum Absenken keine so geräteaufwendige Spezialausrüstung benötigt wird, jedoch sind wegen des gewaltigen Gewichts für den Bau und den Transport große Wassertiefen erforderlich, die an vielen Küsten, beispielsweise auch an der deutschen Nord- und Ostseeküste, nicht vorhanden sind. Der Bau dieser Anlagen ist daher auf Küsten mit sehr tiefem Wasser beschränkt. Aber auch bei dieser Ausführungsart wird die Arbeitsplattform und deren Ausrüstung oftmals erst nach erfolgreichem Absenken und Absetzen auf dem Meeresboden herangeführt und auf See montiert, was mit all den oben erwähnten Nachteilen verbunden ist.

Schließlich sind auch noch Hubinseln bekannt, die vollständig als Einheit im Dock oder in einer Werft herstellbar sind, so daß die Einheit mit eigener Kraft oder Schlepperhilfe mit nach oben ausgefahrenen Beinen zum Einsatzort transportiert werden kann. Am Einsatzort werden dann die Beine von der Plattform aus abgesenkt, bis sie die Meeressohle erreichen, und anschließend wird die Plattform durch Hub- und Klinkenvorrichtungen so weit angehoben, daß sie eine ausreichende Höhe über dem Wasserspiegel besitzt. Bei diesen Hubinseln entfallen die meisten Nachteile der zuvor beschriebenen Anordnungen, jedoch sind Hubinseln nur beschränkt belastbar, und bei Wassertiefen, die beispielsweise größer als 90 m sind, nicht mehr einsatzfähig.

Durch die DT-OS 14 84 559 ist eine schwimmfähige Bohrinsel bekannt, bei der an einer Arbeitsplattform schwenkbar zwei Beinpaare vorgesehen sind, die beim Transport an den Einsatzort in entgegengesetzten Richtungen beiderseits der Arbeitsplattform in eine horizontale Lage ausgeschwenkt sind, aus der sie am Einsatzort durch Fluten in ihre aufrechte Betriebslage schwenkbar sind.

Hierbei handelt es sich um eine schwimmfähige Bohrinsel ähnlich einer Hubinsel, die sich zur Ausführung kurzfristigerer Arbeiten lediglich mit ihren Beinen auf der Meeressohle abstützt Diese bekannte Bohrinsel ist nicht geeignet, die durch Winterstürme auftretenden hohen Wellen und Windlasten sicher in den Baugrund abzuleiten, weil sie eine feste Gründung — z. B. eine Pfahl- oder eine Flächengründung —, die für einen dauerhaften Einsatz bei großen Wassertiefen zwingend erforderlich ist, nicht ermöglicht.

Darüber hinaus sind bei dieser bekannten Bohrinsel ausschließlich die Beine beim Ballastieren dafür verantwortlich, daß die Stabilität der Bohrinsel beim Ahsetzen an ihrem Einsatzort gewährleistet ist. Die Beine allein sind jedoch kaum in der Lage, auch bei ungünstigen Wetterverhältnissen die Bohrinsel beim Absenken wirksam zu stabilisieren. Hierbei muß berücksichtigt werden, daß das Ballastieren und die Absenkung sich über einen beträchtlichen Zeitraum erstreckt, so daß durchaus Schwierigkeiten zu erwarten sind, denn es müssen nicht nur die einzelnen Beine für sich schwimmstabil bleiben, sondern die Schwimmstabilität der gesamten Konstruktion einschließlich der aus dem Wasser gehobenen Deckslasten muß gewährleistet sein. Dabei müssen labile Zustände vermieden und gleichmäßige Bewegungen der Reine gewährleistet werden. Die Durchführung dieses Manövers nur durch Ballastieren der Beine ist ein stark mit Risiken belasteter Vorgang. Außerdem ist bei dieser bekannten Bohrinsel ungünstig, daß die Beinpaare beim Transportzustand in entgegengesetzten Richtungen ausgeschwenkt sind, so daß sich eine erhebliche Länge des Schleppzuges beim Transport zum Einsatzort ergibt, die besonders anfällig bei hohem Seegang ist.

Die Erfindung geht aus von einer Offshore-Plattform für tiefes Wasser, insbesondere für Tiefen von mehr als 100 m, bestehend aus einer auf Beinen gelagerten Arbeitsplattform, wobei die Beine an der Arbeitsplattform schwenkbar angeordnet sind, so daß sie bei der Beförderung an den Einsatzort in eine etwa horizontale Lage bewegbar sind, aus der sie am Einsatzort durch Fluten in ihre aufrechte Betriebslage schwenkbar und auf den Meeresboden absenkbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem einer festen Gründung im Endzustand mit einer geringen Tauchtiefe im Transportzustand zu lösen, dabei aber die Konstruktion so zu gestalten, daß die Gefährdung beim Transport als auch beim Absenken am Einsatzort weitgehend vermieden wird.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Arbeitsplattform im Abstand voneinander Vorrichtungen zur lösbaren Ankupplung von Schwimmkörpern vorgesehen sind, die die Arbeitsplattform beim Transport zum EinsaUort und beim Ausschwenken der Beine in ihre Betriebslage stabilisieren, daß vier Beine vorgesehen sind, von denen jeweils zwei an ihren Fußenden durch einen angelenkten schwimmfähigen, flut- und lenzbaren Fundamentkörper verbunden sind, daß die Beinpaare an ihrem Kopfende um jeweils eine Achse schwenkbar gelagert sind, die parallel zu der Längsachse der Fundamentkörper verläuft, und daß die beiden Beinpaare in der Nähe der Fundamentkörper durch eine verriegelbare Scherenkonstruktion miteinander verbunden sind, die in geöffnetem Zustand den Abstand der Fundamentkörper voneinander auf dem Meeresboden bestimmt und so weit einknickbar ist, daß die Beinpaare in ihrer ausgeschwenkten Transportlage auf einer Seite der Arbeitsplattform unmittelbar nebeneinanderliegen bzw. ineinandergreifen.

Dadurch, daß an der Arbeitsplattform lösbar anzubringende Schwimmkörper vorgesehen sind, wird die Stabilität der Einheit durch diese Schwimmkörper einerseits beim Transport zum Einsatzort, andererseits aber auch beim Ausschwenken der Beine in ihre Betriebslage gewährleistet. Das Risiko eines Kenterns der Plattform, das im Hinblick auf die außerordentlich hohen Kosten derartiger Projekte zu katastrophaler Folgen führen kann, wird dadurch wesentlich verringert Darüber hinaus ermöglicht die Ausbildung und Anord nung der Beinpaare aber auch eine Ausschwenkuni beim Transport zu jeweils einer Seite der Arbeitsplatt

form, so daß damit die Länge des Schleppzuges erheblich geringer als bei der bekannten Bohrinsel ist, wodurch zusätzlich die Stabilität beim Transport zum Einsatzort erhöht wird. Schließlich sorgt aber auch die Scherenkonstruktion für den gewünschten Abstand der Fundamente und die gewählte Neigung der Beine im Endzustand. Außerdem gleicht die Scherenkonstruktion im Endzustand die Horizontalkräfte zwischen den Fundamenten aus, so daß die Gleitsicherheit des Systems erhöht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Plattform nach dem Absenken am Einsatzort und nach dem Ausschwimmen der Schwimmkörper,

Fig.2 eine gegenüber Fig. 1 um 90° gedrehte Darstellung der Plattform,

F i g. 3 die Plattform in ihrem Zustand während der Beförderung auf dem Wasser,

F i g. 4 die erste Phase beim Schwenken der Beine in die Betriebslage,

Fig.5 die Endphase der Schwenkbewegung der Beine,

F i g. 6 die Plattform nach Beendigung der Schwenkbewegung der Beine kurz vor dem Absetzen auf die Meeressohle und

Fig.7 eine gegenüber Fig.6 um 90° gedrehte Darstellung der Plattform.

Gemäß F i g. 1 und 2 ruht die Arbeitsplaitform 1 auf vier Beinen 2 bis 5, die axialsymmetrisch nach allen vier Seiten leicht geneigt sind. Die Beine bestehen jeweils aus zwei parallel stehenden Rohren 6 und 7, die zur Knickaussteifung und zur Querkraftübertragung in der Rohrebene durch Fachwerkträger 8 miteinander verbunden sind. In der senkrecht zur Rohrebene stehenden Ebene sind jeweils die Beine 2 und 3 sowie die Beine 4 und 5 mit Fachwerkträgern 9 ausgesteift. An den Fußenden der Beinpaare 2, 3 bzw. 4, 5 ist jeweils ein Fundamentkörper tO bzw. 11 angebracht, der sich über mehr als die Breite der Fußenden der Rohrpaare erstreckt. Die Fundamentkörper 10 und 11 bestehen aus Stahlbeton und/oder Stahl und sind als Hohlkasten ausgebildet, so daß sie für sich schwimmfähig sind. Die Beine 2 bis 5 und die zur Aussteifung dienenden Fachwerkträger bestehen ebenso wie die Arbeitsplattform 1 und deren Unterkonstruktion aus Stahl. Die Fundamentkörper 10 und 11 können nach Absetzen der so Plattform auf der Meeressohle als Speichertanks für die geförderten Rohstoffe dienen. Während des Seetransports und beim Abschwenken der Beine wird die Arbeitsplattform durch zwei große Schwimmkörper 15 und 16 in ihrer Lage gehalten. Diese Schwimmkörper können katamaranartig zusammengekuppelt, auch als Halbtaucher, ausgebildet sein. Nach dem Absetzen der Arbeitsplattform werden sie ausgeschwommen. Die Arbeitsplattform enthält an zwei gegenüberliegenden Seiten Aufnahmevorrichtungen 13 und 14 (F i g. 7) zur lösbaren Ankupplung dieser Schwimmkörper.

In Fig. t ist eine Scherenkonstruktion 17 dargestellt, welche die Beinpaare 2, 3 mit den Beinpaaren 4, 5 oberhalb der Fundamentkörper 10 und 11 verbindet. In der in F i g. 1 und 2 dargestellten Betriebslage befindet sich die Scherenkonstruktion 17 in geöffnetem Zustand und bestimmt damit den Abstand der Beinpaare 2,3 und 4, 5 im Bereich der Fundamentkörper 10 und 11. Die Beinpaare 2,3 und 4,5 sind an der Unterkonstruktion 12 der Arbeitsplattform 1 schwenkbar gelagert, so daß sie nach der vollständigen Herstellung der Plattform an Land mit allen erforderlichen Einrichtungen für Produktion und Versorgung zunächst in die in F i g. 3 dargestellte Lage gebracht werden können, in der die gesamte Einheit vom Herstellungsort zum Einsatzort befördert wird. Die Schwenkachsen 18 und 19 der Beinpaare verlaufen dabei parallel zu den Längsachsen der Fundamentkörper 10 und 11, so daß die Beinpaare mit den Fundamentkörpern zwischen den Schwimmkörpern 15 und 16 zur selben Seite in die in Fig.3 dargestellte, annähernd horizontale Lage ausgeschwenkt werden können. Die Scherenkonstruktion 17 ist hierbei abgewinkelt, und die Anordnung und Lagerung der Beine und der Verstrebungen ist so getroffen, daß die Beinpaare in der in Fig.3 dargestellten Transportstellung übereinander und zum Teil auch ineinander liegen und die beiden Fundamentkörper 10 und 11 das anteilige Beingewicht gemeinschaftlich tragen.

Die erfindungsgemäße Anordnung bildet in der in F i g. 3 dargestellten Transportlage eine außerordentlich seetüchtige Einheit, denn die Arbeitsplattform mit dem einen Ende der Beinpaare wird durch die beiden Schwimmkörper 15 und 16 getragen, während die Fußenden der Beinpaare durch die Fundamentkörper 10 und 11 getragen werden, wobei die unterschiedlichen Bewegungen der Fundamentkörper 10 und 11 in bezug auf die Bewegungen der Schwimmkörper 15 und 16 bei Seegang durch die elastischen Verformungen der langen Stahlkonstruktion der Beine aufgenommen werden.

Die Arbeitsfolge beim Absenken und Aufstellen der Plattform geht folgendermaßen vor sich. Nach Fertigstellung der gesamten Plattform werden an den katamaranartigen Schwimmkörpern 15 und 16 Schleppleinen 20 von nicht dargestellten Schleppfahrzeugen befestigt. Nach Eintreffen am Einsatzort wird die ganze Anordnung allseitig an vorbereiteten Ankern festgelegt.

Bei ruhigem Wetter werden dann die Fundamentkörper 10 und 11 so weit geflutet, daß sie mit Übergewicht auf die Meeressohlc herunterschwenken. Dieser Schwenkvorgang erfolgt in zwei Phasen. Zuerst wird gemäß F i g. 4 der Fundamentkörper 11 geflutet und so weit abgesenkt, bis die zwischen den beiden Beinpaaren vorgesehene Scherenkonstruktion 17 ihre geöffnete Lage erreicht. In dieser Lage wird die Gelenkkonstruktion fixiert, so daß sie eine Druck- und Zugkräfte aufnehmende Versteifung zwischen den beiden Beinpaaren bildet und diese in einem vorgegebenen Abstand hält.

In der zweiten Phase wird der Fundamentkörper IC so weit geflutet, bis beide Beinpaare über die in F i g. £ dargestellte Phase hinaus die in Fig.6 dargestellte Endlage erreichen. Um diese Endlage zu erreichen, wire in der Endphase der Fundamentkörper 10 stärkei geflutet und der Fundamentkörper U etwas gelenzt Diese gezielte Flut-/Lenzbewegung kann durch eine sinnvolle Trossenführung unterstützt werden. Bei diesel Schwenkbewegung nähert sich die Unterkante dei Schwimmkörpers U auf dem beschriebenen Kreisbo gen der Meeressohle, so daß während dieses Vorgänge! die gesamte Konstruktion mit Hilfe der Schwimmkör per 15 und 16 so hoch gehalten werden muß, daß eil ausreichender Abstand zur Meeressohle gewahrt bleibl Die Bewegung der Fundamentkörper wird mit einen System von Echographen, deren Geber in der Sohle de

Fundamentkörper eingebaut sind, laufend überprüft, und danach wird der Absenk- und Absetzvorgang gesteuert. Auch die endgültige Platzwahl und der Aufstellungswinkel zum Meridian soll im Hinblick auf die gewünschte waagerechte Lage mit Echoloten bestimmt werden.

Nachdem die Beinpaare in ihre Betriebslage gebracht worden sind, wird die Verbindung am Untergerüst 12 der Arbeitsplattform 1 dauerhaft hergestellt (F i g. 6), z. B. durch eine lösbare oder nicht lösbare Rastverbindung.

Nun kann die ganze Konstruktion auf dem Meeresboden abgesetzt werden. Dies geschieht in der Anfangsphase durch teilweises Fluten der katamaranartigen Schwimmkörper 15 und 16 und in der Endphase durch

IO

hydraulisches Absenken der Gerüstkonstruktion zwischen den Schwimmkörpern 15 und 16 und der Arbeitsplattform 1. Für diese letzte Phase ist ruhige See Voraussetzung. Durch weitereis hydraulisches Absenker der Gerüstkonstruktion kommen die Schwimmkörper 15 und 16 frei und können für einen neuen Einsatj ausgeschwommen werden. F i g. 1 und 2 zeigen der Zustand, in dem die Schwimmkörper 15 und 16 bereit; ausgeschwommen sind.

Die Gründungsflächen der Fundamentkörper 10 unc U werden in bekannter Weise mit Beton ausgepreßt und anschließend werden die Fundamentkörper voll ständig geflutet, so daß dann die Plattform einsatzberei ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

700 634

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Offshore-Plattform für tiefes Wasser, insbesondere für Tiefen von mehr als 100 m, bestehend aus einer auf Beinen gelagerten Arbeitsplattform, wobei die Beine an der Arbeitsplattform schwenkbar angeordnet sind, so daß sie bei der Beförderung an den Einsatzort in eine etwa horizontale Lage bewegbar sind, aus der sie am Einsatzort durch Fluten in ihre aufrechte Betriebslage schwenkbar und auf den Meeresboden absenkbar sind, d a durch gekennzeichnet, daß an der Arbeitsplattform (1) im Abstand voneinander Vorrichtungen (13,14) zur lösbaren Ankupplung von Schwimmkörpern (!5, 16) vorgesehen sind, die die Arbeitsplattform (1) beim Transport zum Einsatzort und beim Ausschwenken der Beine in ihre Betriebslage stabilisieren, daß vier Beine (2 bis 5) vorgesehen sind, von denen jeweils zwei an ihren Fußenden durch einen angelenkten schwimmfähigen flut- und lenzbaren Fundamentkörper (10, 11) verbunden sind, daß die Beinpaare an ihrem Kopfende um jeweils eine Achse (18,19) schwenkbar gelagert sind, die parallel zu den Längsachsen der Fundamentkörper (10, 11) verläuft, und daß die beiden Beinpaare in der Nähe der Fundamentkörper (10,11) durch eine verriegelbare Scherenkonstruktion (17) miteinander verbunden sind, die in geöffnetem Zustand den Abstand der Fundamentkörper voneinander auf dem Meeresboden bestimmt und so weit einknickbar ist, daß die Beinpaare in ihrer ausgeschwenkten Transport lage auf einer Seite der Arbeitsplattform unmittelbar nebeneinanderliegen bzw. ineinandergreifen.

2. Offshore-Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine (2 bis 5) aus Stahl-Fach Werkkonstruktionen bestehen und die Beinpaare in der ihre Schwenkachse einschließenden Ebene mit einem Aussteifungsverband versehen sind.

3. Offshore-Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine nach dem Abschwenken in ihrer Endstellung in dem Untergerüsi der Arbeitsplattform einrasten und in dieser Lage dauerhaft und wieder lösbar mit dem Untergi;rüst verbunden sind.