NO146898B - Forankret offshore-konstruksjon med svaiekontroll - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en offshore-konstruksjon for plassering i sjøen og som omfatter et langstrakt legeme som strekker seg ned i og opp over vannflaten samt er forankret til sjøbunnen, slik at det kan svaie. Slike konstruksjoner nyttes for boring etter og produksjon av hydro-karbon fra forekomster i sjøbunnen.

En konstruksjonstype for bruk i dypt vann er foreslått og som har en plattform understøttet på et flytende legeme, som blir holdt i stilling ved brønnområdet ved hjelp av ankerliner som strekker seg til fastgjorte ankere på sjøbunnen. Offshore-plattformkonstruksjoner av denne type blir vanligvis benevnt

som "flytende fastholdte (restrained) plattformer". Illustrerende for idéen med flytende, fastholdte plattformutførelser er den konstruksjon som er vist i artikkelen "Tension Leg Offers Steady Base at Sea" i november 1973-utgaven av Offshore Magazine, og som begynner på side 100. Flere utforminger basert på "flytende fastholdt plattform"-idéen er beskrevet i Offshore Engineer av mai 1975, side 55. Relevant omtale av nevnte idé finnes også i US-patent nr. 3.256.537 og nr. 2.777.669.

En annen løsning som er foreslått, er en konstruksjon omfattende en slank søyle som holdes i en vertikal stilling ved hjelp av gi-wirer som strekker seg fra nær toppen av søylen til fastgjorte ankere på sjøbunnen. Et problem forbundet med konstruksjoner med gi-wirer av denne type, er at svaiing eller skråstilling av søylen fra vertikalstillingen gjør det meget vanskelig å utføre bore- eller produksjonsoperasjoner.

Imidlertid er det heller ikke ønskelig med øket strekk i gi-linene for å begrense svaiingen.

Et forsøk på å løse problemet med svaiing eller skråstilling er beskrevet i US-patent nr. 3.903.705.

En annen idé foreslått for en offshore-konstruksjon

for å bevirke begrenset bevegelse ved bølger, er den med flytende tårn. En utførelse basert på idéen med flytende tårn,

er konstruksjonen som vist og beskrevet i The Oil and Gas Journal av 28. oktober 1974 og som begynner på side 60.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en offshorekonstruksjon av den innledningsvis nevnte art, hvor ulempene ved de ovenfor beskrevne offshorekonstruk-sjoner er minsket eller eliminert, nemlig en nedsettelse av konstruksjonens svaiing samt oppnåelse av dette ved et arrangement av gi-liner, hvor strekket i gi-linene ikkeøkes i særlig grad i forhold til de kjente konstruksjoner.

Dette er ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnådd

ved hjelp av de karakteristiske trekk som er angitt i karak-teristikken til det etterfølgende selvstendige krav 1.

Herved begrenses konstruksjonens bevegelser i bølger, dvs. svaiing, ved at et antall gi-liner er radielt anordnet rundt det langstrakte legemet og forbinder dette med ankre på sjø-bunnen. Gi-linene er forbundet med et svaiekontrollapparat på den måte som er angitt i krav 1, hvorved lengden av gi-linene mellom forbindelsespunktet på det langstrakte legemet og de respektive ankre på sjøbunnen, forandres i takt med det langstrakte legemes svaiebevegelse ved innhaling og utgiing av gi-linene ved hjelp av svaiekontrollapparatet under samtidig opp-rettholdelse av ønsket strekk i gi-linene, for derved å dempe det langstrakte legemes svaieutslag.

I en spesiell utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, hvor det langstrakte legemet er forankret til sjø-bunnen samt forsynt med en oppdriftstank, som angitt i det etter-følgende krav 2, oppnås ved hjelp av forankringslinene ett universalsvingepunkt.

Som videre angitt i de etterfølgende uselvstendige

krav, er gi-linene festet til det langstrakte legemet under vannflaten ved et punkt mellom det langstrakte legemets longitudinale midtpunkt og dets topp, videre er angitt at svaiekontrollapparatet omfatter en separat spole for hver gi-line med innretning for å drive spolene i avhengighet av et inklinometer-utstyr som oppdager en bevegelse av forutbestemt grad ut fra vertikalstilling. Innretningen for drift av spolene kan omfatte en elektromotor eller en lignende type drivmotor.

En offshore-konstruksjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse har fordelen ved å bevirke betydelige omkostningsbesparelser ved operasjoner i. områder med dypt vann idet det kreves mindre ankerbelastninger for å fastholde konstruksjonen enn det som vanligvis forekommer ved flytende, fastholdte plattformutførelser. Også helling eller skråstilling av det langstrakte legemet som vanligvis er tilstede i de fleste fortøyede konstruksjoner, er mye mindre på grunn av det tilveiebragte dynamiske svaiekontrollapparat. Skjønt den foreliggende oppfinnelse er spesielt hensiktsmessig til bruk ved bore- og produksjonsoperasjoner i dypt vann, er den også nyttig ved operasjoner i grunt vann.

Andre trekk ved oppfinnelsen som ikke er angitt i

det foregående, vil bli dekket ved den detaljerte beskrivelse om følger.

En mer komplett forståelse av oppfinnelsen kan fåes

av den etterfølgende beskrivelse med henvisning til tegningen som viser en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilken tegning like henvisningstall angir identiske eller tilsvarende deler i de forskjellige- bruksmåter. I tegningen viser

fig. 1 et sideriss av en offshore-konstruksjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og som har en bore-eller produksjonsplattform;

fig. 2 er et planriss av utførelsesformen av offshore-konstruksjonen ifølge fig. 1, hvilket riss viser arrangementet av gi-liner som strekker seg fra offshore-konstruksjonen;

fig. 3 viser et gi-line taljearrangement for den viste foretrukne utførelsesform; og

fig. 4 er et planriss av svaiekontrollapparatet anordnet på det nedre dekk av plattformen.

I fig. 1 er det vist en offshore-konstruksjon .10 i samsvar med ideen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Offshore-konstruksjonen 10 er anbragt i sjøen 12 med en hvilken som helst dybde som er tilstrekkelig til å motta konstruksjonen med sine spesielle dimensjoner. Imidlertid er konstruksjonen mest fordelaktig når den nyttes i dypt vann hvor dybden vil være minst 100 m og med en foretrukken dybde i området 230-490 m.

Et langstrakt rørformet legeme 14 med en indre flyte-tank l6 som strekker seg over en vesentlig del av dets lengde, er den primære konstruksjonskomponent i konstruksjonen. Det langstrakte rørformede legemet 14 som huser flytetanken 16 er utformet for å motstå det totale hydrostatiske og hydrody-namiske trykk fra den omgivende sjø med kun atmosfærisk trykk på innsiden. Det øvre parti av det rørformede legemet 14 består av en skjelettkonstruksjon 18 som reduserer motstanden i konstruksjonens bølgesone. Skjelettkonstruksjonen omfatter flere oppadragende stendere sammen med flere diagonale stag som danner den viste X-staging.

En to-etasjes plattform 20 bæres på toppen av det langstrakte legemet 14 og på denne er det montert en rigg 22 for utførelse av bore- eller produksjonsoperasjoner. Videre er det tilveiebragt forskjellige utstyr slik som f.eks. en kran 24 på det øvre dekk såvel som et kontrollhus 26.- Det øvre dekk 28 er bygget ovenpå det nedre dekk 30 hvilket nedre dekk har et mindre gulvareal. Det øvre dekk 28 er under-støttet over det nedre dekk 30 ved hjelp av en understøttelse-og stagkonstruksjon generelt benevnt 32. På det nedre dekk 30 er svaiekontrollapparatet 34 anbragt og som skal omtales mer detaljert med henvisning til fig. 4. Høydene på det øvre dekk 28 og det nedre dekk 30 vil henholdsvis være ca. 32 og 38 m over vannflaten.

Oppdriftskammeret 16 omfatter et kammer som etter valg kan tiTføres eller tømmes for ballast. Valgvis tilførsel/ vekkførsel av ballast til oppdriftskammeret 16 muliggjør den eksakte grad av oppdriftseffekt som er nødvendig for å kompen-sere for konstruksjonens vekt og utstyret montert på plattformen 20. Offshore-konstruksjonen 10 blir bragt til å flyte i vannet ved å nytte den positive oppdriftseffekt som til-veiebringes av oppdriftstanken 16 og med forankringsliner 36, 38,40 og 42 som fortøyer konstruksjonen til sjøbunnen. Forankringslinene er forbundet mellom den nedre ende av det langstrakte legemet 14 og individuelle vektankere 44,46,48 og 50 (ikke vist). Partiet 17 av det langstrakte legemet 14 nær forbindelsespunktet for forankringslinene er fortrinnsvis forsynt med ballast i form av sjøvann eller boreslam for å tilveiebringe en negativ oppdrift i det området.

For å forhindre opptreden av en for stor strekkbe-lastning på forankringslinene, er det nødvendig å ballastere oppdriftstanken 16 riktig. For å innstille og opprettholde den korrekte belastning på forankringslinene, må vekten til konstruksjonen og utstyret som den bærer, bestemmes under bygging for å tilveiebringe en nøyaktig oversikt over den totale vekt såvel som det resulterende tyngdepunkt for konstruksjonen. Videre må oppdriftsvirkningen på grunn av det langstrakte legemets 14 vannfortrengning, tas i betraktning. Såvel som konstruksjonens oppdriftseffekt og vekten av utstyret plassert på plattformen, som vanndybden og forandringer i dybden på grunn av tidevannsvariasjoner må tas i betraktning for å bestemme den nødvendige ballastmengde som skal plasseres i oppdriftstanken 16. -

Ved hjelp av fortøyningsarrangementet tilveiebragt

ved hjelp av forankringskablene forbundet med den nedre ende av det langstrakte, rørformede legemet 14, er offshore-konstruksjonen 10 i realiteten svingbart opplagret ved sin nedre ende og er derfor følsom overfor helling. For å mot-virke svaiing av konstruksjonen forløper gi-liner; av hvilke kun gi-liner 50 og 52 er vist i fig. 1, radielt utad, (se fig. 2) fra det langstrakte, rørformede legemet 14. Gi-linene er festet til det langstrakte legemet 14 ved et punkt mellom det longitudinale midtpunkt av det langstrakte legemet 14 og dets topp og strekker seg nedad i tilnærmet 60° vinkel i forhold til vertikalen, til belastningsvekter på sjøbunnen.

Hver belastningsvekt tjener som et anker og består av et antall parallelle seksjoner av lenker med stor diameter forbundet med gi-linen. Belastningsvektene er utformet til å

bli løftet opp fra bunnen under forekomst av store bølger.

En mer detaljert omtale av anvendelsen av belastningsvekter i

forbindelse med fortøyede konstruksjoner kan fåes fra US-patent nr. 3.903.705 samt fra l4.juli 1975-utgaven av The Oil and Gas Journal, side 86. Utenfor belastningsvektene 54 og 56 strekker gi-linene 50 og 52 seg til forankringspeler, henholdsvis 58

og 60.

Det vises til fig. 2 hvorav det symmetriske mønster til gi-linene 50,85,87,89,52,93,95 og 97 fremgår. Plattformen 20 og riggen 22 er også vist med brutt linje. Skjønt det kan

anvendes et mindre eller større antall gi-liner enn de åtte som er vist, er det viste arrangement foretrukket. Ved be-stemmelse av antall gi-liner som skal anvendes, må det i et hvert tilfelle være klart at det må anvendes et tilstrekkelig antall gi-liner for å fordele den fremkommende belastning. Et overflødig antall gi-liner kan gjøre svaiekontrollapparatet 34 (se fig. 4) alt for tungvint og således upraktisk.

De øvre. ender av gi-linene er forbundet med gi-line-taljer 62 og 64 som er festet til det langstrakte legemets 14 ytre flate. Gi-linene kan ofte omfatte kabler med ganske stor diameter hvilke ikke vil være hensiktsmessig for opp-vikling på en vinsjtrommel. Det er derfor ønskelig å mulig-gjøre regulering av de tunge gi-liner ved å nytte en kabel med mindre diameter som er oppspolbar på en vinsj. Det vises til fig. 3 hvor en gi-linetalje er vist i detalj i stilling på en seksjon av det langstrakte legemet 14. Spesielt gi-linetaljen 62 omfatter en fast skive .64 som er festet til det langstrakte legemets 14 utside med sin rotasjonsakse 66 hovedsakelig perpendikulær på den radielt forløpende gi-line 50 som passerer over denne. Gi-linens 50 ende ender i et

øye 68 som igjen er forbundet med en vandreblokk 70. Et par vandreblokktrinser 74 og 76 mottar en kabel 78. Kabelen 78 omgir trinsen 76 på vandreblokken 70 og passerer over en fast skive 80 som er fast i forhold til det- langstrakte legemet 14. Kabelen 78 passerer deretter over den andre trinse på vandreblokken 70 før dens fastgjorte ende 72 ender ved avslutningsfestet 82 som også er festet til det langstrakte legemets 14 utside. Når således kabelens 78 frie ende 79 blir spolet inn eller sluppet, ut via en vinsj eller lignende (ikke vist),blir gi-linen 50 enten trukket inn eller gitt ut. Bevegelse på denne måte resulterer i en økning eller minskning av strekket i gi-linen 50. Videre oppnås ved bruk av taljemekanismen som vist, at strekket i kabelen 78 holdes på under 1/4 av strekket i gi-linen 50 og muliggjør fire ganger så stor lengdebevegelse av kabelen 78 i sammen-ligning med gi-linen 50 for å oppnå mer nøyaktige reguleringer av strekket i gi-linen 50. Taljearrangementet som vist er kun illustrerende og det er klart at det kan anvendes andre mekanismer for å regulere strekket i gi-linene. Bevegelse av

gi-linen 50 på denne måte regulerer også linelengden mellom belastningensvekten 54 og festepunktet på det langstrakte legemet 14 hvilket er definert ved hjelp av skiven 64.

I fig. 4 er det vist en utformning av svaiekontrollapparatet 34 som er anbragt på det nedre dekk 30 og som regulerer gi-linestrekket og forandrer lengdene av gi-linene mellom deres festepunkt på det langstrakte legemet 14 og deres respektive belastningsvekter. Det er spesielt tilveiebragt en separat vinsjline for hver gi-line, hvilke vinsjliner er betegnet 78,84,86,88,90,92,94 og 96 med vinsjlinen 78 tilsvarende kabelen 78 som er vist i fig. 3- Hver vinsjline er forbundet med en separat spole som enten spoler inn eller gir ut den spesielle vinsjline for å forandre lengden av og strekket i gi-linen til hvilken den spesielle vinsjline er forbundet med.

Spolene er arrangert i grupper, i dette tilfellet fire, og er montert på støtteplater sammen med drivmotoren som driver dem for å danne vinsjer 99 og 101. F.eks. omfatter vinsjen 99 understøttelsesplate 98 med en spole 100 for vinsjline 96, spole 102 for line 94, spole 104 for line 86.

og spole I06 for line 88. Spolene er alle montert på en enkel drivaksel 108 som er koplet til en elektromotor 110

via en gearboks 112 og en brems 114. Spolene 102 og 104 er spolet i urviserens retning mens spolene 100 og 106 er spolet mot urviserens retning. Denne type viklearrangement muliggjør en enkel rotasjonsretning for spolene som skal nyttes for å tilveiebringe den nødvendige innspoling og utgiing av de forskjellige vinsjliner.

Et tilsvarende arrangement forefinnes for vinsjen 101 omfattende understøttelsesplaten 115 med spoler 116, 118,120 og 122 montert på denne. Disse nevnte spoler er forbundet henholdsvis med vinsjliner 90,92,84 og 78. En elektrisk motor 124 driver spolene samtidig via en gearboks 126 med en brems 128 anordnet.

For å forsyne de elektriske motorer 110 og 124 med

den nødvendige elektriske kraft, er det anordnet et diesel-generatoraggregat forsynt med en dieselmotor 130 montert på

en understøttelsesplate og som driver en elektrogenerator 132 for å generere den nødvendige elektriske kraft for svaie-

kontrollapparatet.

Svaiekontrollapparatet reagerer via motorkontroller på avfølingsinnretningen 134 som avføler det langstrakte legemets 14 bevegelser fra vertikal stilling. Avfølingsinn-retningen 134 kan være en inertial detektor eller et inclino-meter, hvilke begge kan nyttes for å generere et signal som aktiverer vinsjmotorene for å drive vinsjene på den oven-nevnte måte for å forandre lengden- av og strekket i gi-linene. Svaiekontrollapparatet aktiveres når konstruksjonen deplasseres fra vertikal stilling på grunn av vind, bølger eller strøm.

Følgende illustrerer apparatets operasjon:

Hvis hellingskreftene på tårnet tilveiebringer en resultantkraft fra en retning mellom utløperne av linene 94 og 96 i fig. 4, behøver kun spoler som opereres av vinsjen 99, bli aktivert for å oppnå regulering. Hvis imidlertid resultant-kraften er fra retningen mellom utløperne av linene 78 og 96, må begge vinsjene 99 og 101 reguleres. Tilsvarende krever en resultantkraft fra retningen mellom lineutløperne 90 og 92 kun regulering av vinsjen 101 mens en resultantkraft mellom utløperne av linene 92 og 94 igjen krever regulering fra begge vinsjer.

Den foregående beskrivelse av oppfinnelsen er rettet mot en spesiell foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse for forklarende og illustrerende formål.

Det er imidlertid klart for fagmannen at det kan gjøres mange modifikasjoner og forandringer i apparatet uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Som angitt i de etterfølgende krav som dekker alle ekvivalente modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor oppfinnelsens ramme slik den er definert av kravene.

Claims (7)

1. Of f shore-konstruks jon (10) for plassering i sjøen (12) og som omfatter et langstrakt legeme (14) som strekker seg ned i og opp over vannflaten samt er forankret til sjøbunnen, slik at det kan svaie,karakterisert vedet antall gi-liner (50,52,85,87,89,93,95,97) radielt anordnet rundt det langstrakte legemet (14) og som forbinder dette med ankere på sjøbunnen; svaiekontrollapparat (34) operativt forbundet med hver gi-line for endring av gi-linenes lengder mellom det langstrakte legemet og ankrene i avhengighet av det langstrakte legemets (14) helling; hvilket svaiekontrollapparat omfatter første og andre vinsjer (99 og 101); hvilken første vinsj (99) omfatter en første gruppe spoler (100,102,104,106) montert på en felles drivaksel (108), hvilken vinsj er forbundet med en første gruppe gi-liner (95,97,87,89) for å krenge det langstrakte legemet (14) i en første retning ved å hale inn og gi ut på gilinene i nevnte første gruppe; og hvilken andre vinsj (101) omfatter en andre gruppe spoler (116, 118,120,122) montert på en felles drivaksel hvilke er forbundet med en andre gruppe gi-liner (50,52,85,93) for å krenge det langstrakte legemet (14) i en annen retning i rett vinkel på den nevnte første retning ved å hale inn og gi ut på den andre gruppe gi-liner.

2. Offshore-konstruksjon ifølge krav 1,karakterisert vedet antall forankringsliner (36,38,40,42) forbundet mellom det langstrakte legemets (14) nedre ende og ankere på sjøbunnen; og en oppdriftstank (16) inne i det langstrakte legemet (14) som gir dette en positiv oppdrift og setter forankringslinene under strekk med den nedre ende av det langstrakte legemet (14) i stilling over sjøbunnen.

3. Offshore-konstruksjon ifølge krav 2,karakterisert vedat oppdriftstanken (16) omfatter et kammer som etter valg kan tilføres eller vekkføres ballast, og som er anordnet inne i det langstrakte legemet (14)'.

4. Offshore-konstruksjon ifølge krav 1,karakterisert vedat gi-linene er festet til det langstrakte legemet (14) ved et punkt som under bruk vil være under vannflaten, mellom legemets longitudinale midtpunkt og dets topp.

5. Offshore-konstruksjon ifølge krav 1,karakterisert vedat svaiekontrollapparatet (34) omfatter: en separat spole (100,102,104,106,116,118,120,122) for hver gi-line med en vinsjline (78,84,86,88,90,92,94,96) spolet på denne og som er forbundet med gi-linen; detekteringsinnretning (134) for avføling av det langstrakte legemets (14) bevegelse fra vertikalstilling, og innretning (110 og 124) for drift av spolene for å endre lengden til gi-linene som er forbundet med vinsj linene i avhengighet av nevnte detekteringsinnretning.

6. Offshore-konstruksjon ifølge krav 5,karakterisert vedgi-linetaljeutstyr (62) for kopling av vinsjlinen på spolene til gi-linene.

7. Offshore-konstruksjon ifølge krav 5,karakterisert vedat innretningen for drift av spolene omfatter en elektromotor (110,124) koplet til spolene via en gearboks (112,126) .