DK151577B - Fremgangsmaade til fremstilling af store islegemer - Google Patents

Description

i 151577

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af store islegemer (isbjerge), f.eks. til brug som boreplatforme, moler eller kajer, ved hvilken der ved hjælp af en hensigtsmæssig fryseteknik med frysning af vand 5 fremstilles et islegeme, fortrinsvis med en sådan dimension i vertikalretningen, at der opstår en så stor belastning mod den grund, hvor islegemet ønskes opstilles, at legemet bliver stabilt understøttet (gravitationskonstruktion) , og ved hvilken islegemet fortrinsvis fremstilles i 10 søen nær land og derefter bliver bugseret til opstillingsstedet.

Offshore-virksomhed, dvs. fundamentering og/eller opføring af konstruktioner til havs, medfører meget store problemer.

Dette gælder især åbne havområder med kraftig sø. Proble-15 merne forstørres yderligere, når det drejer sig om relativt store dybder; f.eks. 60-70 meter eller mere. Der kendes en række forskellige konstruktioner for offshore-virksomhed.

En konstruktion, den såkaldte jack-up-platform, består af understøtningsben, som er forskydelige i vertikalretningen 20 i forhold til et dæk, således at disse ben kan sættes ned mod bunden og løfte platformen i vejret over bølgerne. Sådanne konstruktioner er uhyre udsatte for korrosion og er desuden meget kostbare. De egner sig desuden først og fremmest kun til boreoperationer og ikke som faste produktions-25 installationer. Der kendes desuden betonkonstruktioner, som fremstilles ved land og slæbes ud til bestemmelsesstedet, hvor flydetankene eller sænkekasserne fyldes med vand og hele konstruktionen sænkes ned til havbunden. Sådanne platforme er uhyre kostbare og er også udsat for korrosion, 30 idet de hidtil kendte platforme af denne type har en beregnet levetid på ca. 20. år. I tillæg til de enormt store afskrivninger, som må foretages i denne tid, vil man tillige få et meget kostbart arbejde med at fjerne installationen, når den ikke længere bruges. 1

Kajanlæg og moler og lignende havneindstallationer kræver 2 151577 kostbare fundamenterings- eller opfyldningsarbejder, især hvis det er relativt dybt vand. Ofte vil omkostningerne være så store, at det vil være både politisk og økonomisk umuligt at foretage ønskelige arbejder.

5 Det har tidligere været foreslået at fremstille islegemer (isøer) til brug som boreplatforme i arktiske egne. Der kan således henvises til f.eks. US-PS 3.738.114, 3.750.412, 3.849.993, 3.863.456 og US-PS 4.048.808, som alle behandler metoder til etablering af kunstige isøer på smult vand 10 i polare egne ved at gå ud fra og forstærke naturlig søis ved oversprøjtning af søvand, som løbende fryser til is.

Derved dannes der efterhånden så store isvægte og istyk-kelser, at islegemet i løbet af en vis tid afhængig af vejr og vind bryder gennem søisen og synker ned til søbun-15 den som en kunstig isø.

Det er endvidere kendt, at man har forsøgt at gøre brug af naturlige isbjerge og isflager for virksomhed til havs i polare egne.

Hensigten med den foreliggende opfindelse er at give an- 20 visning på en fremgangsmåde til fremstilling af meget store islegemer. Det vil ifølge opfindelsen være muligt at 2 frembringe islegemer med en overflade på 30.000-50.000 m eller mere, og med en højde på f.eks. 200-300 meter. Ved sådanne dimensioner kan opfindelsen tages i brug til anlæg 25 på store havdybder og er således et alternativ til kendte beton- og stålkonstruktioner med den fordel, at fremstillingsprisen ligger langt under, samtidig med at de enorme dimensioner giver mulighed for enklere og rimeligere bore-og produktionsudstyr, ved at man kan indrette sig på samme 30 måde som ved landbaserede anlæg, og i modsætning til de fra de foran nævnte USA-patentskrifter kendte fremgangsmåder, at give anvisning på en fremgangsmåde til industriel og kontrolleret fremstilling af islegememe, uafhængig af vejr og vind, og således at is- 151577 3 legemerne kan holdes i frossen tilstand kontinuerlig i 20 år eller mere, såvel i kolde som tempererede farvande.

Der kræves avanceret teknik og betydelige energimængder til fremstilling af sådanne store islegemer. Opfindelsen 5 giver anvisning på en teknik, som gør en rationel og ikke for tidskrævende produktion mulig, og således at der er skabt muligheder for, at anvendt energi kan genbruges.

Der tages sigte på en fremgangsmåde, som sikrer et stabilt islegeme således, at issiging på grund af de store tryk 10 undgås eller holdes under kontrol.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde, som er karakteriseret ved, at der ved hjælp af isfrysemaskiner produceres stykkeformet is, f.eks. flageis i form af isspåner, som derefter fremføres til en i vand flydende 15 form, og i denne form fryses til fast is, f.eks. ved hjælp af underafkølet vand, koldluft eller derved, at isspånerne gives en så lav temperatur, at vand, der føres ind mellem spånerne, fryses til fast is.

Ved en sådan fremstilling af et isbjerg opnås en række for-20 dele. Man er ikke afhængig af noget specielt arktisk klima eller naturlig frossen is, således som den tidligere teknik har været baseret på. Produktionen kan med andre ord ske et egnet sted ved kysten. Således vil produktionen kunne henlægges til et fast produktionssted i nærheden af større 25 eller mindre befolkningskoncentrationer, med de fordele dette byder på mandskabsmæssigt og omkostningsmæssigt. Når produktionen sker ved land, kan man på en enkel måde skaffe rent ferskvand og rimelig elektrisk kraft, f.eks. ved påtænkte produktionssteder i norske fjorde. Ved frysning frem-30 skaffes store mængder varme, som, når produktionen sker ved land, kan finde anvendelse til opvarmningsformål, aquakultur eller som grundlag for ny kraftproduktion.

Anvendelse af rent ferskvand til frysning giver få problemer 4 151577 på varmevekslersiden i kølemaskineriet i modsætning til, når der benyttes saltvand. Produktionsstedet kan vælges således, at man kan benytte smeltevand fra isbræer, som har meget lave temperaturer. På denne måde vil man opnå 5 en optimering af fryseprocessen.

Ved industriel fremstilling ved land kan man også i stort omfang gøre brug af komponenter fra verdens førende køletekniske firmaer til opbygning af produktionsudstyret.

Et problem, som opstår ved frysning af meget store isle-10 gemer, er den såkaldte siging. Når is udsættes for store tryk, bliver den en semiplastisk masse og vil flyde i den retning, hvor der findes mindst modstand. Et islegeme, som hviler på havbunden og har en højde på f.eks. 300 meter, vil være udsat for relativt store sigingseffekter omkring 15 vandlinien. Dybere nede i vandet vil det ydre vandtryk delvis kompensere for sigingen.

Tungt udstyr eller tunge konstruktioner, som er installeret på toppen af islegemet, vil øge faren for siging i isen ved og over vandoverfladen. Dette modvirkes ved, at 20 tunge konstruktioner, f.eks. større bygninger, boretårne og lignende konstruktioner, forankres dybt nede i islaget, fortrinsvis under vandlinien. Derved vil man forankre disse tunge konstruktioner i et tværsnit, hvor sigingstendensen er mindst på grund af det udvendige 25 vandtryk.

Et alternativ for at lette bugseringen (fladningen) over smullere passager er, at der fremstilles skiveformede legemer, som bugseres separat og sættes på hinanden og forankres til hinanden, f.eks. efter at have passeret det 30 smulle parti. En videreudvikling af denne teknik går ud på, at der mellem skiverne anbringes varmeelementer, således at skiverne kan skilles fra hinanden ved smeltning. Dette kan være aktuelt, dersom en konstruktion skal demonteres.

Man vil da kunne adskille en så stor del af topsektionen 5 151577 af konstruktionen, som skal til for at bugsere den udrustning, som er installeret på toppen af konstruktionen.

En sådan flytning af topsektionen af konstruktionen kan være aktuel ved flytning til andre boresteder, eller i 5 arktiske farvande, når der er fare for kollision med naturlige, drivende isbjerge. Man kan da flåde topsektionen af iskonstruktionen og lade isbjerget passere for derefter at flåde topsektionen tilbage og forankre den på basisdelen.

10 Ved fremstillingen af islegemet kan der ifølge opfindelsen benyttes en fleksibel ringform, som dækker omkredsen i det mindste i et afsnit på begge sider af vandoverfladen. Formen kan forankres i ismassen ved hjælp af radiale stagplader. En yderligere udvikling af denne teknik kan 15 opnås ved, at der uden på den fleksible form anbringes en anden, koncentrisk form, og at der mellem formene indføres en trykgas.

Ved hjælp af denne teknik kan sigingen begrænses ved, at formen optager en del af sigingen.

20 Et yderligere træk ved fremgangsmåden består i, at der udspares en kanal, som forløber fra toppen af legemet og ned til bunden. Når legemet da er anbragt på bunden, kan borerøret eventuelt føres ned gennem denne udsparing. Hvis udsparingen laves tilstrækkelig stor, kan selve boreudstyret 25 sættes direkte på bunden.

For at opnå tætning mod det ydre vandtryk anbringes der ifølge opfindelsen et skørt ved den nedre flade på islegemet, hvilket skørt presses ned i bunden ved nedsætning af islegemet, og at temperaturen i det mindste i den nedre del 30 af islegemet er så lav, at dex opstår permafrost i havbunden. Derved vil havbunden forandres til en fast masse, som er godt fæstnet til skørtet, og man vil forhindre, at vand strømmer ind til udsparingen.

6 151577

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til de skematiske tegninger, som viser udførelseseksempler for opfindelsen.

Fig. 1 viser islegemet i et begyndelsestrin under fremstil-5 lingen, fig. 2 en anden udførelsesform for et islegeme, fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen og beregnet til brug som bore- eller produktionsplatform, fig. 3 en yderligere udførelsesform for et islegeme frem-stillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 4 et horisontalrids af en form til brug ved fremstillingen af et islegeme.

I f.eks. en rolig fjordarm udlægges der en flydende, vandtæt forskalling 1, som består af en bund 2 og rundtgående 15 vægge 3. Forskallingen udføres af hensigtsmæssig materiale, f.eks. et skelet af træ eller metal, samt et isolerende materiale, f.eks. isopor. Efterhånden som islegemet 4 produceres, beskytter man væggene 3 ved hjælp af beskyttelseselementer 5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Selve frysningen af vandet kan ske på flere måder. Fersk 2 vand fra en elv eller fra en større sø i nærheden føres til 3 et eller flere isanlæg, som fryser flageis, terningeis eller 4 lignende. Disse flager eller lignende blæses med en jævn 5 strøm gennem dyser 6 ned i formen. Sammen med flageisen fra 6 dyserne 6 kan der blæses vand ind med lavest mulig tempe 7 ratur gennem dyser 61 . Flageisen fra ismaskinerne har så 8 lav temperatur, at vandet vil fryse til fast is mellem fla 9 geisen og terningeisen. I stedet for flageis eller isspåner 10 eller lignende kan ismaskinerne producere en isstreng, som 11 kan vikles op i tætte spiraler oven på hinanden. For vedligeholdelse af isbjerget vil det blive aktuelt at isolere yderfladerne ved hjælp af isolation, som er antydet ved 8.

7 151577

Denne isolation kan over havoverfladen bestå af glasuld eller mineraluldsmåtter med en beskyttende og solreflekterende hud/ men den kan også bestå af strimler af ovennævnte materialetyper/ som vikles som en del af den oven-5 for nævnte spiral. Isolationen nedefter i havdybet må, på grund af trykforholdene, skulle anbringes på en noget anden måde end ved havoverfladen. Der kan tænkes anvendt et eller flere vandfyldte skørter af stærkt armeret folie. Vandet i skørterne vil virke isolerende, og direkte kon-10 takt mellem isfladen og strømmende vand undgås. Denne teknik kan med fordel anvendes i kombination med forannævnte viklingsmetode, idet skørterne rulles af efterhånden som det færdige islegeme synker nedover i søen under produktionen. Skørterne forsynes med synkelod eller lig-15 nende.

For at fjerne den varme, som trænger gennem isolationen, må der et stykke indenfor isolationen lægges køleelementer 9 ind langs legemets yderflader. Dette kan være kølerør, som udgør en del af de ovenfor nævnte spiralviklinger.

20 Køleeffekten kan styres automatisk efter temperaturaflæsninger, som kontinuerligt foretages af indefrosne temperaturfølere.

Som indledningsvis nævnt frembringes der ved fremstilling af isen store mængder varme. Denne varme kan benyttes som 25 fjernvarme til nærliggende bebyggelse, varmen kan udnyttes til intensiv opdrætning af fisk eller blåmuslinger/østers, eller varmen kan danne grundlag for et temperaturdifferen-cekraftværk (koldt fjordvand mod produceret spildvarme).

For at gøre det muligt at flytte islegemet fra produktions-30 stedet til bestemmelsesstedet må den vertikale højde ikke være større end at legemet får mindre dybgang end det smul-leste sted i slæberuten. På bestemmelsesstedet må den vertikale højde øges således, at legemet bliver stående på bunden med et så stort tryk, at det vil være stabilt og mod-35 stå alle kræfter, som. overføres af strøm, bølger, vind og lign.

8 151577

De installationer på islegemet, som ikke kan foretages ved land, bliver da installeret på bestemmelsesstedet. På den øvre flade af islegemet kan man placere bygninger 11 og andre konstruktioner, f.eks. et boretårn 12 eller hvis det 5 drejer sig om en produktionsplatform, ventiler, overføringsudstyr for lastning af tankskibe og lignende. Der kan desuden bygges en helikopterterminal 13 eller en kortbanefly-veplads. Når det drejer sig om offshore konstruktioner, vil islegemet nemlig få meget store dimensioner i horison-10 talretningen. Dersom der er dybder på omkring 100 meter, vil et tværmål på ca. 250 meter ikke være en utænkelig dimension. Opholdsrum, produktionslokaliteter 14 og lignende samt lagerrum 15 kan placeres inde i islegemet, på samme måde som man gør ved ekspeditioner i Antarktis. Man er da 15 beskyttet mod vejr og vind. Store ballasttanke, såsom lagerrummene 15 kan også benyttes i forbindelse med forøgelsen af legemets dybgang på bestemmelsesstedet. Hvis der på produktionsstedet, f.eks. ved land, udspares store lagerrum 15, vil dette selvfølgelig bevirke, at islegemet får mindre dyb-20 gang i forhold til et massivt islegeme af samme størrelse. Rummene 15 kan da gøres så store, at islegemet flyder over de smulleste steder i slæberuten. På bestemmelsesstedet kan tankene 15 fyldes med underafkølet væske, f.eks. søvand med Øget saltindhold, således at det er flydende ved tempe-25 raturer på omkring -5 - -8°C. Derved vil man kunne øge legemets dybgang, således at det udøver et så stort pres mod bunden, at man vil få tilstrækkelig stabilitet. Lagring af olie og flydendegjort gas kan ske i lagertankene 15. Når lagrene ikke er fyldt med olie, kan de fyldes med søvand, 30 hvis dette er påkrævet af hensyn til tyngden af islegemet.

Direkte adkomst til havbunden kan ske ved at man anbringer en udsparing 18, som går fra toppen af islegemet helt til bunden. Ved at tætne mod det udvendige.vandtryk med fit rundt-gående skørt 16, som borer sig ned i havbunden på grund af 35 islegemets store tyngde, vil man kunne installere boretårn 17 eller få direkte adkomst til brøndhovedet. Man vil så- 9 151577 ledes kunne etablere de samme forhold, som man har på landjorden ved boring eller produktion af olie.

Tunge konstruktioner, f.eks. bygninger 11 eller boretårn 12 kan påvirke siging i isen i ugunstig retning. Sigingen 5 vil være størst i området omkring vandoverfladen, eftersom man her har lille eller ingen modtryk fra vandet udefra.

Det vil derfor være hensigtsmæssigt at føre fundamenteringen 23 for sådanne konstruktioner ned til en dybde under vandoverfladen til et afsnit, hvor sigingstendensen 10 i isen er mindre. Her kan fundamenteringen hvile på plader 24, som fordeler belastningen.

For at forhindre vandlækage ind under skørtet 16 til udsparingen 18, holdes der så lav temperatur i islegemet, i det mindste i den nedre del af dette, at der frembrin-15 ges permafrost i havbunden, således at den fryser til tilstrækkelig dybde for at sikre mod vandlækage.

Når is udsættes for store tryk, vil den være en semiflydende masse, og der vil opstå siging i isen. For at forhindre dette, fremstilles islegemet, i det mindste i området om-20 kring vandoverfladen, inde i en form 19 (fig. 4). Denne form kan bestå af to koncentriske ringe 20 og 21, hvoraf den indre ring 20 er elastisk, således at den med modstand giver efter for sigingen. Den er endvidere udstyret med en forankring i form af radialt rettede stagplader 22, som 25 fryses fast i isen. Den ydre ring 21 er en solid stiv ring, og i mellemrummet 22 mellem de to ringe kan der indføres trykgas ved hjælp af hvilken man kan regulere modstanden mod sigingen. Den ydre ring har i sig selv en vægt, som vil få den til at glide nedefter. Dette kan modvirkes ved 30 at forsyne den med opdriftstanke eller ved at gøre ringen svagt konisk, således at der ved isens siging optræder en opefter rettet kraft.

Da isens tendens til siging især vil kunne optræde ved vandoverfladen, i et område hvor bølgeerosionen er betyde- 10 151577 lig, vil en foretrukken anvendelse også kunne være brug af isolerede kassetter af beton, som presses ind mod isfladen ved stålkabler, som løber fra kassette til kassette hele vejen rundt. På denne måde kan opnås en bølgebry-5 dende effekt, samtidig med at man sikrer termisk isolation og kraft mod sigingstendensen.

For at mindste sigingen kan der i isen indfryses et kornet materiale, f.eks. sand, savsmuld eller lignende.

Et sådant kornet materiale vil sammen med temperaturkon-10 trol afdæmpe sigingstendensen, og vil alt efter omstændighederne kunne optræde som ballast eller ekstra flydemiddel, alt efter om man vælger et kornet materiale med større eller mindre egenvægt end isens. Dette træk ved opfindelsen, kombineret med selve produktionsteknikken som anvist, gør 15 det muligt at fremstille islegemer med vekslende egenvægt, f.eks. i vertikalplanet ved at den nedre del gives en forholdsvis større egenvægt end den øvre del, hvilket kan påvirke stabiliteten på en ønsket måde og muliggøre øget højde i forhold til bredde, hvilket ellers ville være kom-20 pliceret at opnå. Endvidere er det muligt at fremstille islegemer, som i sin helhed placeres under havoverfladen, og som f.eks. kan tjene som en permafrostsokkel for ordinære bore- og produktionsplatforme i de store havdyb nær polområderne. Metoden kan også anvendes til at skabe kun-25 stige tærskler til fjorde og trange farvande.

Tfølge"dagsprisen på elektrisk kraft i Norge, (15 øre/kwh), 3 3 vil det koste ca. kr. 7,- pr. m at opfrvse 1 m is i anvendt energi. Tilsvarende pris på beton udgør ca. 400-500 3 kr. pr. m . Is er således et meget billigt produktionsma-30 teriale.

Is er et rent naturprodukt og vil gå tilbage til naturen, dersom konstruktionen ikke skal anvendes mere. Man kan da bare tage udstyret ned, fjerne isolationen og lade naturen gå sin gang.

11 151577

De samme betragtninger, som er gjort ovenfor, kan lægges til grund ved større havnearbejder. Store moler, kajer, udfyldningsarbejder og lignende kan udføres ved hjælp af islegemer.

5 Toppen af isbjerget kan dækkes, helt eller delvist, af plader af forspændt beton eller af stål, for at få en gunstig vægtfordeling af tungere udstyr og for at undgå store partielle tryk.

Claims (6)

151577

1. Fremgangsmåde til fremstilling af store islegemer (isbjerge), f.eks. til brug som boreplatforme, produktionsplatforme, moler eller kajer, ved hvilken der ved 5 hjælp af en hensigtsmæssig fryseteknik med frysning af vand fremstilles et islegeme, fortrinsvis med en sådan dimension i vertikalretningen, at der opstår en så stor belastning mod den grund, hvor islegemet ønskes opstillet, at legemet bliver stabilt understøttet (gravitationskon-10 struktion), og ved hvilken islegemet fortrinsvis fremstilles i søen nær land og derefter bliver bugseret til opstillingsstedet, kendetegnet ved , at der ved hjælp af isfrysemaskiner produceres stykkeformet is, f.eks. flageis i form af isspåner, som derefter frem-15 føres til en i vand flydende form, og i denne form fryses til fast is, f.eks. ved hjælp af underafkølet vand, koldluft eller derved, at isspånerne gives en så lav temperatur, at vand, der føres ind mellem spånerne, fryses til fast is.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved , at der fremstilles skiveformede islege mer, som flådes separat og anbringes på hinanden og forankres til hinanden, f.eks. efter at have passeret en sødyb-dehindring, såsom en fjordtærskel.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2 kendetegnet ved , at der mellem de skiveformede islegemer anbringes varmeelementer. . Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3 kendetegnet ved , at formningen af islegemet 30 udføres i en fleksibel ringform, som dækker islegemets omkreds i et afsnit på begge sider af vandoverfladen.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1,2,3 eller 4 kendetegnet ved , at temperaturen i den nederste del af islegemet holdes så lav, at der i grunden på 35 opstillingsstedet under islegemet frembringes permafrost. 151577

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5 kendetegnet ved , at der ved islegemets bundflade anbringes et nedadrettet, rundtgående tætningsskørt (16).