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Förder- und Verladeeinrichtung für Kohlenwasserstoffe
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aus Offshore-Lagerstätten Die Erfindung betrifft eine Förder- und
Verladeeinrichtung für Kohlenwasserstoffe aus Offshore-Lagerstätten, mit einem unter
Wasser installierten Bohrlochanschluß, von dem eine Förderleitung nach oben zu einer
Aufbereitungsanlage führt, und mit einer aufragenden Struktur, die Verladeeinrichtungen
trägt.
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Zur Gewinnung von öl oder Gas aus Offshore-Lagerstätten ist es bekannt,
auf dem Meeresboden einen Turm zu installieren, der über Wasser eine Plattform aufweist,
auf der die verschiedenen Aggregate der Aufbereitungsanlage angeordnet sind. Derartige
Aufbereitungsanlagen bestehen beispielsweise aus Gasverflüssigungsanlagen, ölaufbereitungsanlagen
und/oder Kondensatgewinnungs anlagen. Außerdem müssen Zwischenlager zur Aufnahme
der geförderten und aufbereiteten Kohlenwasserstoffe vor-
handen
sein. Förder- und Verladeeinrichtungen, die auf dem Meeresboden stehend befestigt
sind, können nur bei geringen Seetiefen, in Abhängigkeit vom Seegebiet, bis max.
180 m wirtschaftlich eingesetzt werden. Bei größeren Seetiefen nehmen bei feststehenden
Träger strukturen die Investitionskosten exponentiell mit der Wassertiefe zu.
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Es ist ferner bekannt, bei größeren Wassertiefen unter Wasser eine
Hilfsplattform anzubringen, von der ein Turm aufragt, welcher über Wasser eine weitere
Plattform mit der Aufbereitungsanlage trägt (Zeitschrift OCEAN INDUSTRY, August
1983, S. 47 bis 52). Die spannungsverankerte Hilfsplattform bildet einen Auftriebskörper,
der mit Zugorganen am Meeresboden verankert ist. Auf dieser Hilfsplattform, oberhalb
der Wasserfläche steht die Plattform mit der Aufbereitungsanlage, den Wohn- und
Arbeitsräumen u.dgl. trägt. Schließlich sind solche Konstruktionen bekannt, die
nicht ortsfest am Meeresboden verankert sind, sondern seitliche Antriebseinrichtungen
nach Art von Schiffsschrauben aufweisen, um in Abhängigkeit von Strömungen dynamische
Positionskorrekturen vornehmen zu können.
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Bei den bekannten Förder- und Verladeeinrichtungen, bei denen die
Aufbereitungsanlage auf einer Uberwasserplattform angeordnet ist, besteht die Gefahr,
daß Tankschiffe, die auf See in Plattformnähe beladen werden, bei hohem Seegang
mit der Plattform kollidieren und nicht nur das Plattformsystem beschädigen, sondern
auch die Aufbereitungsanlage zerstören können. Aus diesem Grund ist es bekannt,
in einer Entfernung von der Förderplattform Verladeterminals anzuordnen, die mit
beweglichen Gelenken am Meeresboden verankert sind und
bei einer
Schiffskollision nachgeben. Diese Verladeterminals sind über eine Leitung, die von
der Aufbereitungsanlage zurück zum Meeresboden und von dort wieder hoch zum Verladeterminal
führt, mit der Förderplattform verbunden.
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Die bekannten Förderplattformen, bei denen die Aufbereitungsanlage
über dem Wasserspiegel angeordnet ist, sind, sehr schwierig zu installieren. Für
ihre Montage ist ruhiger Seegang unerläßliche Voraussetzung, um Katastrophen zu
vermeiden. Auch der Transport zum Einsatzort erfordert über lange Zeit hinweg günstige
Wetterbedingungen. In arktischen Gewässern besteht die Gefahr, daß die Plattform
durch Oberflächeneis beschädigt wird und die Aufbereitungsanlage, die den Witterungsbedingungen
ausgesetzt ist, in kurzer Zeit immer wieder vereist, was zu häufigen Betriebsausfällen
führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Förder-und Verladeeinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die in größeren Wassertiefen bis 300 m und
mehr einsetzbar ist und von ungünstigen Witterungsverhältnissen und starkem Seegang
wenig beeinflußt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Aufbereitungsanlage
in einem Gehäuse untergebracht ist, das im Abstand vom Meeresboden unter der Wasseroberfläche
angeordnet ist und an dem eine über die Wasseroberfläche aufragende Struktur befestigt
ist.
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Nach der Erfindung ist die gesamte Aufbereitungsanlage mit ihren Aggregaten,
Tanks, Zwischenlagern u.dgl. in einem wasser- und druckdichten Gehäuse untergebracht,
das in einer hydrodynamisch günstigen Wassertiefe unter der Wasseroberfläche gehalten
wird. Von diesem Gehäuse erstreckt sich ein Turm als Lade- und Arbeitssäule aus
dem Wasser heraus. Die Unterbringung der Aufbereitungsanlage in dem in bestimmtem
Abstand unter der Wasseroberfläche gehaltenen Gehäuse hat den Vorteil, daß das Gehäuse
selbst nicht am Meeresboden oder in der Nähe des Meeresbodens angeordnet sein muß,
wo erhebliche Außendrücke von 30 bar und mehr herrschen, und sehr große Wanddicken
für das Betongehäuse erforderlich werden. Das Gehäuse ist vielmehr nahe der Wasseroberfläche
angeordnet und braucht nur den hier relativ geringen Drücken standzuhalten, was
entweder geringere Wandstärken oder größere Gehäusevolumina erlaubt. Andererseits
ist die Aufbereitungsanlage gegen Witterungseinflüsse und maximalem Wellengang geschützt.
Auch die Gefahr, daß ein Tankschiff bei einer Kollision die Aufbereitungsanlage
zerstört oder beschädigt, besteht nicht. Bei einer Kollision mit dem Schiff kann
allenfalls der Turm beschädigt werden.
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Das beschriebene Konzept, d.h. das am Meeresboden abgespannte Gehäuse
mit der Aufbereitungsanlage, kann weitgehend unabhängig von der Wassertiefe eingesetzt
und wiederverwendet werden. Es läßt sich ohne größeren technischen und finanziellen
Aufwand von einer Lokation zur anderen bringen, was insbesondere für die Ausbeutung
marginaler Felder von Bedeutung ist. Das Gehäuse wird von Wasserbewegungen im Bereich
der Meeresoberfläche weniger beeinflußt. Dies wirkt sich günstig auf die bewegungsempfindlichen
Komponenten der Erdöl- oder
Erdgasaufbereitungsanlage im Innern
des Gehäuses aus.
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Die direkte Beladung der Tankschiffe erfolgt von dem Turm aus, der
fest mit dem Gehäuse verbunden ist und eine quasi-stabile Struktur bildet.
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Bei Einsatz der Förder- und Verladeeinrichtung in arktischen Gewässern
benötigt man für die Aufbereitungsanlage keine tieftemperaturfesten Materialien
und keine Enteisungsanlagen.
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Der Turm bildet die Fortsetzung des Gehäuses. Er kann eine Höhe von
etwa 50 m haben und braucht im wesentlichen lediglich die Verladeeinrichtung sowie
ggf. die Mannschaftsräume und Kontrollräume zu enthalten.
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Während bei den üblichen Bohrinselkonstruktionen die Kosten der Bohrinsel
mit dem Quadrat der Wassertiefe steigen, sind bei der erfindungsgemäßen Förder-
und Verladeeinrichtung die Kosten fast unabhängig von der örtlichen Wassertiefe,
weil nur die relativ preisgünstige Abspanneinrichtung länger oder kürzer sein wird.
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Das Gehäuse der Förder- und Verladeeinrichtung ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung mit Zugankern (Abspanneinrichtung) am Meeresboden
verspannt. Das Gehäuse, das vorzugsweise aus Beton besteht, ist infolge der Auftriebskraft
bestrebt, aufzusteigen. Infolge der großen Abmessungen des Gehäuses ergeben sich
hohe Auftriebskräfte, denen die am Meeresboden befestigten Zuganker entgegenwirken.
Auf diese Weise erfolgt eine stabile, jedoch nicht starre Positionierung des Gehäuses.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse ein
unter der Wasseroberflache schwebender Schwimmkörper, der über seinen Umfang verteilt
Antriebseinrichtungen aufweist. Ein derartiges Gehäuse erlaubt eine dynamische Positionierung.
Beispielsweise können am Meeresboden ein oder mehrere Sender angeordnet sein, deren
Signale von einem Empfänger am Gehäuse empfangen und zur Steuerung der Antriebseinrichtungen
zum Zwecke der Positionskorrektur des Gehäuses benutzt werden. Bei einer derartigen
dynamischen Positionierung ist es möglich, beispielsweise herandriftenden Eisbergen
auszuweichen, wenn die Förderleitung vorübergehend gelöst wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Förder- und Verladeeinrichtung ist das Gehäuse,
das die Aufbereitungsanlage enthält, in einem vorbestimmten Abstand unter der Wasseroberfläche
angeordnet. Von diesem Gehäuse ragt der Turm, der die Verladeeinrichtungen trägt,
auf. Der Turm enthält nur eine relativ kleine Plattform, in der die Wohn- und Kontrollräume
angeordnet sind. Das Personal, das schichtweise im Innern des Gehäuses unter Wasser
arbeitet, verbringt lediglich seine Arbeitszeit unter der Wasseroberfläche, gelangt
aber nach Beendigung der Arbeitszeit immer wieder "an Deck". Die psychologische
Belastung der Bedienungsmannschaft ist nicht anders als auf einem Schiff. Die Mannschaft
lebt auf Deck und sie begibt sich zur Arbeit 'unter Deck" einer schwimmenden Struktur.
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An dem Gehäuse können außen große Speichertanks angeordnet sein, die
zur Zwischenspeicherung des Förderproduktes bestimmt sind. Im unteren Bereich des
Gehäuses sind ferner Ballasttanks vorgesehen, die zur Lagestabilisierung des Gehäuses
beitragen.
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Zur Stabilisierung gegen Drehbewegungen werden bei Einsatz in größeren
Wassertiefen, z.B. größer als 150 m, zwischen den Zugankern in verschiedenen Tiefenlagen
horizontale Stabilisatoren angeordnet, die die Zuganker in fester gegenseitiger
Zuordnung zueinander halten.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer am Meeresboden
verankerten Förder- und Verladeeinrichtung und Fig. 2 eine Seitenansicht eines schwimmenden
Gehäuses mit dynamischer Positionierung.
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Bei der Förder- und Verladeeinrichtung der Fig. 1 ist ein aus wasserdichtem
Beton bestehendes Gehäuse 10 über mehrere Zuganker 11 mit Fundamenten 12 verbunden,
die auf dem Meeresboden 13 befestigt sind. Das Gehäuse 10 ist als rotationssymmetrischer
Körper ausgebildet, der eine Höhe von etwa 40 bis 50 m und einen Durchmesser von
etwa 30 bis 50 m aufweist. Das obere Ende des Gehäuses befindet sich in einer Tiefe
von etwa 20 bis 30 m unter der Wasseroberfläche 14. Im Innern des Gehäuses 10 befindet
sich ein Zwischenboden 15, der sich über den gesamten Gehäusequerschnitt erstreckt
und die Aufbereitungsanlage 16 trägt. Diese Aufbereitungsanlage enthält Kolonnen
und Aggregate zur Verarbeitung der geförderten Kohlenwasserstoffe für den Schiffstransport.
Im Falle der Förderung von Naturgas handelt es sich im wesentlichen um eine Gasverflüssigungsanlage
und
im Falle der Förderung von Erdöl um eine Aufbereitungsanlage, die im wesentlichen
die Funktion hat, das geförderte Erdöl zu entgasen.
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Das Gehäuse 10 ist in seinem unteren Bereich mit einem Ring aus Speichertanks
17 umgeben. Diese Speichertanks dienen zur Zwischenspeicherung des geförderten und/oder
des aufbereiteten Förderprodukts. Zwischen den Zwischenspeichern 17 und der Außenwand
des Gehäuses 10 erstrecken sich Verstärkungsrippen 18.
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Von dem am Meeresboden 13 angeordneten Bohrlochanschluß 19 führt eine
Förderleitung (Riser) 20 senkrecht nach oben in das Gehäuse 10 hinein. Die Förderleitung
20 führt entweder in einen der Speichertanks 17 oder direkt in die Aufbereitungsanlage
16 hinein. Der Raum 21 unter dem Zwischenboden 15 sowie der Ringraum 22 zwischen
den Speichertanks 17 und dem unteren Ende der Außenwand des Gehäuses 10 sind als
Ballasttanks ausgebildet, die gesteuert mit Seewasser geflutet oder leergepumpt
werden können, um die Auftriebskraft des Gehäuses 10 regulieren zu können.
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Vom oberen Ende des Gehäuses erstreckt sich der Turm 23 senkrecht
nach oben. Der Turm 23 ragt etwa 50 m über die Wasseroberfläche 14 hinaus. An diesem
Turm ist ein um die Turmachse herum schwenkbarer Ausleger 24 befestigt, an dem ein
Tankschiff 25 anlegen kann. Der im wesentlichen horizontale Ausleger 24 bildet eine
Landungsbrücke.
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Über dem Ausleger 24 ist eine Aufenthaltsplattform 26 an dem Turm
23 angeordnet. Diese Aufenthaltsplattform 26 enthält die Aufenthaltsräume für die
Mannschaft
sowie mindestens ein offenes Deck. Über ihr befindet
sich der Kontrollraum 27.
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Der Turm 23 trägt ferner einen seitlich abstehenden, um die Turmachse
herum schwenkbaren Kranausleger 29 zum Überleiten der Fülleitung 30 auf den Tanker
25. Der Kranausleger 29 weist einen entgegengesetzten Hebelarm 31 zum Gewichtsausgleich
auf. An diesem Hebelarm ist eine Hubschrauberplattform 32 befestigt, die stets auf
der dem Kranausleger 29 abgewandten Seite angeordnet ist, so daß anfliegende oder
startende Hubschrauber von dem Kranausleger 20 nicht behindert werden können.
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Am oberen Ende des Turmes 23 ist ein Ausblasrohr 33 zum Ablassen oder
Abfackeln von Gas befestigt.
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Der Turm 23 ist starr mit dem Gehäuse 10 verbunden und vorzugsweise
einstückig mit diesem aus Beton hergestellt. Wenn die Förder- und Verladeeinrichtung
in eisgefährdeten Gewässern eingesetzt wird, können an dem Turm eisbrechende Strukturen
in der Höhe der Wasserfläche 14 vorgesehen werden. Solche Strukturen in Form vibrierender
Sägen oder distanzhaltender Fender sind bekannt.
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Der Turm 23 enthält einen (nicht dargestellten) Fahrstuhl, mit dem
die Bedienungsmannschaft von der Aufenthaltsplattform 26 zur Aufbereitungsanlage
16 (und zurück) gelangen kann. Ferner führt durch den Turm 23 die Leitung 34 hindurch,
über die das aufbereitete Förderprodukt der Übergabeleitung 30 zugeführt wird.
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Das Innere des Gehäuses 10 ist belüftet und temperiert.
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Die hierzu erforderlichen Installationen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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Um eine stabile Positionierung des Gehäuses 10 zu gewährleisten, sind
zwischen den Zugankern 11 in vertikalen Abständen horizontale Stabilisatoren 35
angeordnet, die die Zuganker in fester gegenseitiger Zuordnung zueinander halten.
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Bei der dargestellten Förder- und Verladeeinrichtung wird die Länge
der Zuganker 11 an die jeweilige örtliche Meerestiefe angepaßt. Das Gehäuse 10 wird
stets in einem solchen Abstand unter der Wasseroberfläche 14 angeordnet, daß es
von Witterungs- und Eisbedingungen nicht beeinflußt wird. Andererseits befindet
sich das Gehäuse 10 in einem erheblichen Abstand vom Meeresboden 13, so daß die
Druckbeständigkeit des Gehäuses erheblich geringer sein muß, als wenn das Gehäuse
unmittelbar auf dem Meeresboden befestigt würde. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß der Turm 23 nur über eine begrenzte Länge, die von der örtlichen Meerestiefe
unabhängig ist, in das Wasser eintaucht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Gehäuse 10 prinzipiell
in gleicher Weise ausgebildet wie das Gehäuse nach Fig. 1. In Fig. 2 ist das Gehäuse
10 aber nicht an Zugankern befestigt, sondern gewichtsmäßig so ausbalanciert, daß
es in der vorgesehenen Wassertiefe schwimmt. Um das Gehäuse herum verteilt sind
Antriebseinrichtungen 36 angeordnet, von denen jede einen Schiffspropeller mit horizontaler
Achse aufweist. Durch geeignete Steuerung der Antriebseinrichtungen 36 wird das
Gehäuse 10 in bezug auf den Meeresboden 13 positioniert gehalten.
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Die erfindungsgemäße Förder- und Verladeeinrichtung eignet sich insbesondere
zur Ausbeutung kleinerer Offshore-Lagerstätten in Meerestiefen, die größer sind
als etwa 180 m. Das Gehäuse läßt sich ohne größere Schwierigkeiten zum jeweiligen
Einsatzort transportieren und dort installieren. Die Aufbereitungsanlage ist unter
der Wasseroberfläche geschützt untergebracht.
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