DK179027B1 - Flydende platform og fremgangsmåde til drift deraf - Google Patents

Abstract

Flydende platform særligt egnet til isfyldte farvande og omfatter et skrog med ydre sidevægge, hvor skroget primært er symmetrisk omkring en vertikal midterakse i platformen og i en nedre ende er lukket af en bund, et dæk i den øvre ende af skroget, platformens dybgang er betydeligt mindre end platformens diameter, og flydecentret af den nedsænkede del af platformen er placeret lavere end platformens tyngdepunkt. kendetegnet ved at den primært symmetriske yderside af skroget omfatter mindst tre sektioner set fra skrogets øvre del:en vandniveausektion med en diameter der formindskes i nedadgående retning langs midteraksen, i hvilken vandniveausektion vandniveauet bør være positioneret under drift i isfyldte farvande, en cylindrisk mellemsektion og en undersektion med en diameter der forøges i nedadgående retning langs midteraksen. et aftageligt element, som er et forbindelseselement med iboende flydeevne og som strækker sig nedad, og som er koaksialt placeret i forhold til platformens vertikale midterakse og trukket ud fra den nedre kant af den ydre sidevæg til fastgørelse og/eller gennemføring af forankringsliner, kæder, stigrør og/eller kabler.

Description

Flydende platform oa fremgangsmåde til drift deraf Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår flydende platforme og især flydende platforme der kan anvendes til drift i udsatte farvande.

Opfindelsens baggrund oa kendt teknik

Der anvendes en lang række koncepter til boring efter carbonhydrider, produktion og oplagring af producerede carbonhydrider til havs og til andre anvendelser. Et af disse koncepter er anvendelse af en flydende installation der kan være et fartøj, en halvt-nedsænkelig eller en flydende platform. I patentpublikation NO 319971 beskrives en offshore-platform til boring efter eller produktion af carbonhydrider. Endvidere beskrives en platform, der er udformet som en vertikal, primært fladbundet cylinder der er kendetegnet ved, at platformens krop i den lavere del af cylinderen er forsynet med mindst en perifer, cirkulær udskæring som er defineret af et ringelement under udskæringen, og at diameteren af platformens krop er betydeligt større end dens dybgang, og at flydecentret af den nedsænkede del af platformen ligger lavere end platformens tyngdepunkt. En sådan konstruktion har vist sig at have fordelagtig stor kapacitet både til oplagring af olie og ladningskapacitet på dækket. Endvidere er konstruktionsomkostningerne lave og monteringstiden kort, og der opnås stor fleksibilitet til forskellige anvendelser. En sådan platform kan positioneres ved spredt forankring, og hverken et tårn eller et drejeled er nødvendige til håndtering af stigrør/slanger og forankringsliner. Det runde eller primært afrundede tværsnit er fordelagtigt fordi rotation afhængigt af vejret ikke er nødvendig, og det har vist sig at bevægelse og belastning af platformen er overraskende lille sammenlignet med andre typer flydende installationer. Niveauet af stræk og spænding er derfor begrænset. Skrogets form giver en kompakt konstruktion der bidrager til, at bølgebelastningerne kun har begrænset indvirkning på spændings- og strækkræfterne.

Der er dog behov for en yderligere forbedret udgave afen sådan flydende platform, især en platform der er særligt egnet til anvendelse i isfyldte farvande ud over andre farvande.

Kort beskrivelse af opfindelsen

Det ovennævnte behov imødekommes af den foreliggende opfindelse som tilvejebringer en flydende platform særligt egnet til isfyldte farvande, hvilken platform omfatter: et skrog med ydre sidevægge, hvor skroget primært er positioneret rotationssymmetrisk omkring en vertikal midterakse i platformen og i en nedre del er lukket af en bund, et dæk i den øvre ende af skroget, hvor platformens dybgang er betydeligt mindre end platformens diameter, og hvor et opdriftscenter af den nedsænkede del af platformen er positioneret lavere end platformens tyngdepunkt.

Platformen ifølge opfindelsen er kendetegnet ved at den primært symmetriske yderside af skroget omfatter mindst tre sektioner set fra skrogets øvre ende: en vandniveausektion med en diameter, der formindskes i nedadgående retning langs midteraksen, i hvilken vandniveausektion havets vandniveau skal lokaliseres under drift i isfyldte farvande, en cylindrisk mellemsektion og en undersektion med en diameter, der forøges i nedadgående retning langs midteraksen samt at platformen yderligere omfatter et aftageligt element, som er et forbindelseselement med iboende flydeevne og som strækker sig nedad, og som er koaksialt placeret i forhold til platformens vertikale midterakse og trukket tilbage fra den nedre kant af skrogets ydre sidevægge til fastgørelse og/eller gennemføring af forankringsliner, kæder, stigrør og/eller kabler.

At skroget primært er symmetrisk omkring en vertikal midterakse i platformen, betyder at skroget er rundt eller næsten rundt i den form der er defineret af den ydre sidevæg. En ydre sidevæg med polygonal form, såsom en enhed af mange forbundne, flade plader langs periferien, er omfattet af udtrykket primært symmetrisk omkring en midterakse.

At platformen omfatter et sådant aftageligt element foretrækkes til isfyldte farvande fordi stigrør, huse, kabler, forankringsliner og kæder trækkes væk fra perimeteren og således er beskyttet mod isen, og det udsatte forbindelsesområde trækkes et stykke ned under bunden af platformen.

Forholdet mellem platformens dybgang og diameteren ved vandniveauet er fortrinsvis 0,2-0,3 under drift i ikke-isfyldte farvande, hvor vandniveauet kan tilføjes til skrogets mellemsektion. Ved drift i isfyldte farvande er forholdet mellem platformens dybgang og diameteren ved vandniveauet fortrinsvis ca. 0,3-0,4. Et generelt foretrukket forhold er ca. 0,3.

Vandniveausektionen har fortrinsvis en indadgående hældning i nedadgående retning på ca. 45°, hvilket foretrækkes med hensyn til isbrydning og de fremherskende kræfter. Undersektionens hældning er fortrinsvis ca. 45° i udadgående retning, set i nedadgående retning, hvilket foretrækkes med hensyn til håndtering og transport af is radialt væk fra platformen. Undersektionen medvirker til at give isen en bevægelse, hvorved den forhindres i at komme ind under skroget. Andre hældninger kan dog også anvendes. Overgangen mellem sektionerne kan være skarp eller glidende, således at formen kan ligne et timeglas eller den indre del af et U der ligger ned. Typiske dimensioner for sektionerne er en vandniveausektion med en højde på 10-15 m, en mellemsektion med en højde på 5-15 m og en undersektion med en højde på 2-4 m. Sektionernes dimensioner kan være større end ovennævnte og afhænge af isens tykkelse og andre forventede istilstande i det planlagte driftsområde samt af platformens størrelse og dybgang.

Al is der kommer ind under platformen, skal bevæges et godt stykke indad mod midten af platformen før fastgørelsesområdet nås, således at isen sandsynligvis skal hæves til bunden af platformen og ikke rammer stigrør, forankringsliner osv. Hvis der kommer et stort isbjerg, kan forbindelseselementet frigøres, hvorefter det synker ned i en sikker dybde der er bestemt ved hjælp af balancen mellem forbindelseselementets flydeevne og de fastgjorte indretningers vægt. Det aftagelige forbindelseselement strækker sig mindst 10 m under platformens bund før området til fastgørelse/gennemføring af stigrorene nås.

Platformen er fortrinsvis en boreplatform, en produktionsplatform eller en lagerplatform.

Til nogle anvendelser af platformen, især på dybt vand, er det ikke nødvendigt med forankring. Dynamisk positionering kan anvendes til positionering af den flydende platform ved visse anvendelser, fx ved boring på dybt vand.

Med den foreliggende opfindelse tilvejebringes også en fremgangsmåde til drift af en flydende platform ifølge den foreliggende opfindelse der er kendetegnet ved at ved drift i isfyldte farvande er platformen forsynet med ballast således, at vandniveauet er i vandniveausektionen og under drift i ikke-isfyldte farvande er ballasten på en sådan måde, at vandniveauet er i mellemsektionen.

Omfattende testning af den flydende platform ifølge opfindelsen i forskelligt omfang og under en lang række betingelser har givet overraskende positive resultater.

Figurer

Den foreliggende opfindelse og fordelene ved den er illustreret ved hjælp af fire figurer, hvor: fig. 1 viser en gengivelse afen flydende platform ifølge opfindelsen, fig. 2, 3 og 4 viser sammenlignelige data mellem henholdsvis de runde, vertikalt stående Sevan-platforme, hvoraf den foreliggende platform er én type, en halvt-nedsænkelig platform og et fartøj, hvor fig. 2 illustrerer data for løftebevægelser, fig. 3 illustrerer data for kastebevægelser, og fig. 4 illustrerer data for rullebevægelser.

Detaljeret beskrivelse

Der henvises til fig. 1, som illustrerer en flydende platform ifølge den foreliggende opfindelse, set fra siden. Der er endvidere illustreret en flydende platform 1, der omfatter et skrog 2, som primært er symmetrisk omkring en vertikal midterakse i platformen og er lukket med en bund 3 i en nedre ende. Et dæk 4 er illustreret i en øvre ende af skroget, hvilket dæk er udstyret hensigtsmæssigt i overensstemmelse med den tilsigtede anvendelse. Det fremgår klart af figuren, at platformens dybgang er væsentligt mindre end platformens diameter. Hvad der ikke fremgår så tydeligt er, at flydecentret af den nedsænkede del af platformen ligger lavere end platformens tyngdepunkt. Det fremgår tydeligt, at den roterende symmetriske yderside af skroget 2 omfatter mindst tre sektioner set fra skrogets øvre ende, nemlig: en vandniveausektion 5 med en diameter, der formindskes i nedadgående retning langs midteraksen, i hvilken vandniveausektion havets vandniveau er lokaliseret under drift i isfyldte farvande, en mellemsektion 6 med cylinderform og en undersektion 7 med en diameter der forøges i nedadgående retning langs midteraksen.

Vandniveausektionen skråner ca. 45° indad mod midteraksen i nedadgående retning, mens undersektionen skråner ca. 45° udad. Forholdet mellem platformens dybgang og diameter ved vandniveauet er ca. 0,3. Der er endvidere illustreret et aftageligt element (forbindelseselement) 8 der strækker sig nedad, og som er koaksialt placeret i forhold til platformens vertikale midterakse og trukket tilbage fra den nedre kant af skrogets sidevægge. Forbindelseselementet 8 er til at forbinde stigrør, forankringsliner/kæder, slanger, kabler og lignende efter behov. Forbindelsesområdet til stigrør er mindst 10 m dybere end platformens bund, hvilket er fordelagtigt i isfyldte farvande.

Ved drift i isfyldte farvande er platformen forsynet med ballast således, at vandniveauet er i vandniveausektionen. Det anses endvidere som fordelagtigt at positionere vandniveauet således, at niveauets øvre kant møder vandniveausektionens øvre del. Under drift i ikke-isfyldte farvande kan ballasten være på en sådan måde, at vandniveauet er i mellemsektionen 6 med cylinderform, idet en cylinderform med vertikale sider ved vandniveauet medfører færre bevægelser af platformen.

Den flydende platform kan have mange anvendelser og er passende udstyret i overensstemmelse med den tilsigtede anvendelse både på dækket og indeni. Platformen kan endvidere anvendes som en FPSO (Floating Production Storage Offloading), en FPU (Floating Production Unit), en MODU (Mobile Offshore Drilling Unit), en MSV (Multipurpose Support Vessel), en FLNG (Floating Liquified Natural Gas Production), en GTW (Gas Through Wire - som er et offshore-kraftværk), en FDPSO (Floating Drilling Production Storage Offloading), en FAU (Floating Accommodation Unit - som ertil beboelse) eller til andre anvendelser.

De almindeligt kendte fordele ved platformens konstruktion med hensyn til bevægelse i turbulente farvande er illustreret i figur 2, 3 og 4. I figur 2 ses kurver over løftebevægelser for stående roterende symmetriske platforme (Sevan) og halvt-nedsænkelige platforme og fartøjer, hvor bølgerne kommer ind henholdsvis forfra og fra siden af fartøjet. I figur 3 illustreres kastebevægelser (pitch) under lignende betingelser for en Sevan-platform, en halvt-nedsænkelig platform, hvor bølgerne kommer ind forfra, og et fartøj, hvor bølgerne kommer ind forfra, og det er tydeligt, at den almindelige Sevan-konstruktion er fordelagtig under mange driftsbetingelser. I figur 4 ses rulning for lignende, flydende installationer ved tilsvarende betingelser, og det ses tydeligt, at Sevan-konstruktionen har nogle særdeles fordelagtige egenskaber tæt efterfulgt af den halvt-nedsænkelige installation, mens et fartøj til sammenligning ruller betydeligt mere. På grund af meget begrænset oplagrings- og ladningskapacitet samt ringe anvendelighed i isfyldte farvande kan halvt-nedsænkelige platforme ikke sammenlignes med den foreliggende flydende platform, da funktionaliteten er utilstrækkelig.

Som nævnt har det i forbindelse med omfattende testning vist sig, at egenskaberne ved den flydende platform ifølge opfindelsen er overraskende fordelagtige i isfyldte farvande. Der blev udført yderligere testning, hvor is drev mod en platformsmodel i målestoksforholdet 1:40. I isfyldte farvande er det som nævnt obligatorisk, at vandniveauet er i vandniveausektionen, hvilket betyder, at isen brydes naturligt i nedadgående retning mod skroget. Samtidig modstår skroget en kraft, der har en komponent i opadgående retning. Uden ønske om at være bundet af nogen teori antages det, at indstrømmende is påfører en kraft på og ophobes mod platformen, således at platformen til en vis grad løftes i den side, der vender mod den drivende is (på vindsiden), indtil platformens opdriftsmoment bliver stærkere end det moment, der påføres af isen. Platformen vipper og kastes således omkring en horisontal akse, men platformens konstruktion gør, at flydemomentet forøges betydeligt hurtigere end det moment, der påføres af isen, når platformen vippes, hvilket bevirker meget moderat bevægelse, og denne effekt betragtes som særligt udtalt med vandniveauet i vandniveausektionen. Når en vis mængde is er ophobet mod siden af vandniveausektionerne, opnås en styrkebalance, men platformens iboende evne til at korrigere flydemomentet ændres betydeligt af, at flydecentret bevæges væsentligt til siden (afstanden mellem tyngdepunktet og flydecentret forøges), hvilket medfører, at platformen vipper/roterer tilbage til udgangspositionen, mens isen brydes op og spredes i nedadgående retning. Vandstrømmens og platformens bevægelse leder isen nedad langs mellemsektionen, hvorefter isen føres længere ned langs undersektionen af vandstrømmen og spredes i retning bort fra midteraksen langs undersektionens ydre overflade. Isen bøjes/brydes således ned, føres ned og føres i retning tilbage mod retningen af den drivende is, hvorefter isen flyder op igen som mindre fragmenter og ledes omkring platformen ved hjælp af den forøgede hastighed af vandstrømmen nær platformens væg. Isen brydes meget effektivt og flyttes effektivt omkring platformen uden at gøre nogen skade. Platformens moderate vippebevægelser medvirker til reduceret friktion mellem isfragmenterne og platformen ved, at der skabes en vandstrøm, som ledes radialt udad, når platformen svinger tilbage igen. Den svingende bevægelse eller løftebevægelsen synes at tilpasse sig en naturlig frekvens. Vandstrømmens hastighed er højere omkring platformen end i det omgivende vand, fordi vandet følger vejen omkring platformen. Det medvirker til, at isfragmenterne transporteres på en "vandpude" omkring platformen. De vandstrømme, der rammer platformen, kan dog også deles i en strøm der passerer under platformen, især ved store platforme, da det betyder en kortere eller nemmere vej for strømmen end hele vejen omkring platformen. Dette kan medføre isfragmenter under platformen, hvilket er uønsket, men undersektionens form har vist sig at være effektiv til at forhindre is under platformen som nævnt ovenfor ud over, at den bidrager til en forbedret "vandpude"-effekt.

Platformens adfærd under betingelser med is er blevet målt og filmet, hvilket bekræfter, at den typisk har en løftebevægelse der ikke overstiger 6° selv ved 100 års førsteårsisbetingelser i arktisk klima og meget små accelerationer i alle frihedsgrader. Det bør nævnes, at andre flydeplatformskoncepter har vist sig at have store uacceptable bevægelser ved lignende isbelastninger i form af "hoppende" bevægelser med til tider høje accelerationer. Både bevægelserne og mængden af is, der ophobes mod den foreliggende platform, er meget små idet "hoppende" bevægelser og høje accelerationer næsten ikke forekommer.

Platformen er fortrinsvis udstyret med et fremdrivningsmiddel til drift ved montering, hvilket fremdrivningsmiddel fortrinsvis også er indrettet til anvendelse til propelrengøring i området omkring undersektionen med virkning mod overfladen på vindsiden og udad mod siderne.

Claims (7)

1. En flydende platform (1), egnet til isfyldte farvande og omfattende: et skrog (2) med ydre sidevægge, hvor skroget primært er symmetrisk omkring en vertikal midterakse i platformen og i en nedre ende er lukket af en bund (3), et dæk (4) i den øvre ende af skroget, hvor platformens dybgang er betydeligt mindre end platformens diameter, og hvor et opdriftscenter af den nedsænkede del af platformen er placeret lavere end platformens tyngdepunkt, kendetegnet ved at den hovedsageligt symmetriske yderside af skroget (2) omfatter mindst tre sektioner set fra skrogets øvre ende: en vandniveausektion (5) med en diameter, der formindskes i nedadgående retning langs midteraksen, i hvilken vandniveausektion vandniveauet er lokaliseret under drift i isfyldte farvande, en cylindrisk mellemsektion (6) og en undersektion (7) med en diameter, der forøges i nedadgående retning langs midteraksen, samt at platformen yderligere omfatter et aftageligt element (8), som er et forbindelseselement med iboende flydeevne og som strækker sig nedad, og som er koaksialt placeret i forhold til platformens vertikale midterakse og trukket tilbage fra den nedre kant af skrogets (2) ydre sidevægge til fastgørelse og/eller gennemføring af forankringsliner, kæder, stigrør og/eller kabler.

2. Platform ifølge krav 1, kendetegnet ved at forholdet mellem platformens dybgang og diameteren ved vandniveauet er ca. 0,3.

3. Platform ifølge krav 1, kendetegnet ved at vandniveausektionen (5) har en indadgående hældning i nedadgående retning på ca. 45°.

4. Platform ifølge krav 1, kendetegnet ved at undersektionen (7) har en udadgående hældning på ca. 45°, set i nedadgående retning.

5. Platform ifølge krav 1, kendetegnet ved at det aftagelige element, der strækker sig nedad, strækker sig ca. 10 m under platformens bund, før området til fastgørelse/gennemføring af stigrør og forankringsliner nås.

6. Platform ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved at platformen (1) er en boreplatform, en produktionsplatform eller en lagerplatform.

7. En fremgangsmåde til drift af den flydende platform ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved at ved drift i isfyldte farvande er platformen forsynet med ballast således, at vandniveauet er i vandniveausektionen (5) og under drift i ikke-isfyldte farvande kan ballasten være på en sådan måde, at vandniveauet er i mellemsektionen (6).