NO147649B - Konstruksjon for utvinning av naturforekomster. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en konstruksjon for utvinning av naturforekomster omfattende en basiskonstruksjon plassert på sjøbunnen samt et tårn leddlagret til basis-konstruks jonen , hvilket ledd omfatter kabler mellom tårn og basiskonstruksjonen til å ta vertikalt strekk, samt dybler mellom tårn og basiskonstruksjon plassert utenfor sentrum til å forhindre rotasjon av tårnet om dets lengdeakse. På

tårnet kan en overbygning (dekk) være plassert.

Leddete konstruksjoner som er festet til havbunnen er ikke

noe nytt. Det finnes en rekke forslag, hvorav noen er gjennomført i praksis, f.eks. lastebøyen på Statfjord A.

Den konstruksjon som ligner mest på foreliggende oppfinnelse er beskrevet i norske patentsøknader 78.0922 og 79.0944. Foreliggende oppfinnelse er å anse som en videreføring/for-bedring av gjenstandene beskrevet i de nevnte søknader.

Den mest kjente typen av leddete konstruksjoner består av en liten template og et tårn av stål som er leddet til templaten med et kardangledd. Tårnet er normalt utført som et romfag-verk og har flytetanker plassert noen meter under overflaten for å få tilstrekkelig opprettende moment.

Ulempene ved den beskrevne type konstruksjon er mange.

Tårnet blir uforholdsmessig dyrt. Det opprettende moment blir lite og følgelig kan man ikke operere med store dekkslaster. Flytetankene vil få vanntrykksvariasjoner på overside /under-side når en bølge passerer. Dette påfører leddet betydelige vertikalkrefter. Leddet kan ikke skiftes ut uten at hele konstruksjonen demonteres. Oljelager i konstruksjonen er nesten utenkelig.

Ulempene ved de konstruksjoner som er beskrevet i norske søknader 78.0922 og 79.0944 er: Konstruksjonen (med åtte flyteceller) er uøkonomisk fordi den har et stort indre vannfylt volum som ikke bidrar til å gi opprettende moment, men som øker det ytre volum og øker treghetsmomentet om leddet og derved bidrar til større horisontalkrefter i leddet.

Videre har dyblene en anleggsflate mot lageret i templaten som teoretisk bare er et punkt, og de får derved høyt flate-trykk fra horisontalkraft. Den ujevne ytterflate på tårnet kan muligens gi store vridningsmomenter i leddet som følge av hvirvelavløsning. Man har ingen praktisk mulighet for å gi tårnet varierende diameter i lengderetningen ved hjelp av glideformsteknikk.

Foreliggende oppfinnelse avhjelper de nevnte svakheter ved at leddet også omfatter en sentrisk plassert dybel glidelagret i vertikalretningen og med kuleopplagring i den ene ende, hvilken dybel skal ta horisontalkraft i leddet.

Gjénstanden ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives i eksempels form under henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser et vertikalsnitt av et eksempel av gjenstanden ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et horisontalsnitt av gjenstanden.

Fig. 3 viser et vertikalsnitt av nedre del av gjenstanden. Fig. 4 viser en vertikalsnitt av en alternativ utførelse.

Fig. 5 viser at alternativt kabeloppheng.

Konstruksjonen ifølge eksemplet er en bore/produksjonsplatt-form for et havdyp på 350 m. Fig. 1 og 4 er i målestokk 1:2000 og fig."2 og 3 i målestokk 1:400.

Konstruksjonen er festet til havbunnen ved en template 1.

Et tårn 2 er festet til templaten med et ledd og strekker seg gver havflaten 3 for å bære en dekkskonstruksjon 4.

Templaten 1 er en boks av betong som er festet til havbunnen ved hjelp av peler 5.

Tårnet består av et ytre betongrør 6 med diameter 32 m, et indre betongrør 7 med diameter 12 m, samt en rekke kuleskall 8 og plater. De fleste kuleskall og plater dekker bare ringrommet 10 mellom rørene 6 og 7. Kuleskallet 11 på k.-

220 er gjennomgående, og dette kuleskall er flytelegemets egentlige bunnkonstruksjon. Tårnet 2 er stort sett væskefylt nedenfor skallet 11 og stort sett luftfylt ovenfor dette skallet.

Ringrommet 10 er nederst fylt med ballast 12, f.eks. sand. Ringrommet mellom sanden 12 og kuleskallet 11 kan benyttes

til oljelager. Nederst vil lageret ha samme trykk som den omliggende sjø. Pga. at oljen er lettere en vann, vil trykket i oljen minke langsommere oppover en trykket-i sjøen. Olje-overflaten vil dermed, hvis man tenker aeg et åpent rør oppover, bli stående høyere enn havflaten 3. Følgelig vil trykket i oljelageret være høyere enn den omliggende sjø. Røret 6 får strekk og må forspennes horisontalt.

I ringrommet 10 umiddelbart over skallet 11 er det installert fire trimtanker 13. Tankene samt mellomrommet 14 mellom tankene inneholder ballastvann. Ved ujevn fylling oppnår man et moment som kan brukes til å trimme tårnet mot skjevstilling. Mengden av balastvann reguleres slik at man i prinsippet har en svak oppdrift på tårnet.

Like under havflaten 3 har man et dekke 15 og ringrommet over dette er åpent mot sjøen. Derved får man minimalt med oppdrift i tidevannssonen og dermed også redusert endring i leddets vertikalkraft p.g.a. tidevann.

Det indre røret 7 er åpent fra bunn til topp, bortsett fra kuleskallet 11, toppdekket 9 og leddkonstruksjonen nederst.

I sentersjakten 16 som dannes av røret 7 er alle leddkompo-nenter plassert.

Tårnet består således fortrinnsvis av to konsentriske rør av betong. Ved hjelp av glideformsteknikk kan et eller begge rør ha varierende diameter over lengderetningen. Det innerste rør er i prinsippet åpent fra bunn til topp. Alle leddkomponentene er plassert her. Ringrommet mellom de to rørene er tårnets primære flytelegeme. Ringrommet er avdelt med dekkskonstruksjoner for å gi sikkerhet i tilfelle uhell. Et av dekkene er tårnets egentlige bunnkonstruksjon. Ringrommet

under dette dekk står i forbindelse med åpen sjø, og vil følgelig alltid være fylt med væske eller faste stoffer som virker som ballast.

Leddet består av tre hovedkomponenter. Kablene 17 skal oppta vertikalstrekket. Senterdybelen 18 skal oppta horisontalkreftene, og periferidyblene 19 skal sammen med senterdybelen 18 motvirke rotasjon rundt tårnets lengdeakse.

Kablene 17 er nederst festet i templaten 1, f.eks. ved at de avsluttes med en ring som hektes på en krok (puller) 20. Øverst er kablene festet over vann i dekket 9 ved en vanlig skrue/mutterforbindelse. Derved forankres tårnet vertikalt.

Senterdybelen 18 er i prinsippet et tykkvegget rør. Nederst er den utvendig formet som en kule. Kulen er omsluttet av et lager 21 som er konkavt kuleformet (sfærisk), og er festet i templaten 1. Øverst glir senterdybelen i to ringformede glidelager 22 som er festet til tårnet 2. Senterdybelen blir derved i stand til å følge med i tårnets vinkelbevegelser, og den kan ta opp horisontalkreftene i leddet. Derimot vil senterdybelen ikke hindre tårnets vertikalbevegelser .

Periferidyblene 19 er også i prinsippet et tykkvegget rør. Øverst er periferidyblene innspent i nedre del av tårnet 2.

Nederste del av periferidyblene er omsluttet av et ring-formet lager 23 som er festet i templaten 1. Det er god klaring, f.eks. 20 cm., mellom dybelen og lageret 23, slik at tårnet kan legge seg over uten at dybelen ødelegges. Periferidyblene kan derved ikke hindre vinkelbevegelser eller vertikalbevegelser av tårnet, men de vil sammen med senterdybelen forhindre at tårnet roterer om sin lengdeakse. De tar derved sammen med senterdybelen vridningsmomentene. Alle leddets komponenter må kunne skiftes ut under drift. Dette gjøres best ved at man kan komme til direkte ovenfra fra dekket 9. Opp til kuleskallet 11 er det greit idet sentersjakten 16 er åpen hit. I sentersjakten 16 over skallet 11 er det installert åpne stålrør som gir vertikal adgang til leddkomponentene. Et rør 24 står rett over senterdybelen, mens rørene 25 står over periferidyblene. Kablene 17 går gjennom rørene 26. De nevnte rør går gjennom skallet 11 og opp til dekket 9 og gir dermed fri adgang til leddkomponentene, som kan trekkes rett opp til dekket 9 og skiftes. Sjøen blir stående fritt i rørene opp til'over-flatenivå. Rørene er store nok til at også lagrene 21, 22 og 23 (slitedelen) kan passere og dermed skiftes ut.

Tilsammen vil leddkomponentene danne et ledd som tillater tårnet 2 å legge seg over noen grader, f.eks 20°, men tårnet vil nederst være fastholdt i sideretningen. Det vil også være fastholdt vertikalt og rotasjon om lengdeaksen er for-hindret. P.g.a. kablenes elastisitet vil dog en vertikal-bevegelse av størrelsesorden + 1 m være mulig. Samtidig vil kabelens elastisitet medføre at kablene ikke har pro-blemer med å følge med i tårnets vinkelbevegelser.

Sentersjakten 16 er luftfylt under atmosfæretrykk ned til kuleskallet 11. Sjakten brukes som "utility shaft", dvs.

de nødvendige mekaniske installasjoner plasseres her. Det gjelder først og fremst tårnets ballastsystem. Videre rør-ledninger fra dekk til oljelager. Selve oljepumpene kan man plassere over havnivå, p.g.a. det før omtalte overtrykk i lageret. Strengt tatt behøver man ikke lastpumper i det hele tatt, idet oljen vil renne ut iav seg selv, f.eks. over til en lastebøye og derfra videre til tankbåt.

Det vil være nødvendig å koble rørledninger på havbunnen til stigeledninger på tårnet 2. En stigeledning, som er indikert med stiplet strek 27, kan gå gjennom hullet i senterdybelen og føres opp midt i tårnet. Ledningen kan ha et universal-ledd (ball joint) med sentrum i tårnets leddsenter. Den horisontale delen av rørledningen 28 sammen med bendet bør være forhåndsinstallert i templaten. En gjengeforbindelse bør være plassert like under senterdybelen, og det blir da mulig å demontere universalleddet og stigerøret. Over vann bør stigerøret være opphengt i en kompensator for å være uavhengig av tårnets vertikalbevegelser.

Hvis man skal ha flere stigerør, bør disse plasseres på utsiden av tårnet 2, og være utstyrt med ett eller to ledd, samt kompensator.

Brønner (well conductors) bør plasseres på utsiden av tårnet og gjøres så myke at de kan følge tårnets vinkelbevegelser ved hjelp av bøyning. På dekksnivå må man ha kompensatorer. Hvis man ønsker predrilling, må templaten plasseres først. Deretter borer man brønnen fra en flytende plattform med brønnhodet plassert på templaten. Så plasseres tårnet, n brønnhodet flyttes, til dekksnivå og man foretar, en til-kobling til den forhåndsborede brønnen.

En lang rekke alternative utførelser kan tenkes. I fig. 4 er det skissert opp en alternativ urførelse av selve tårnet. Både det ytre rør 6 og det indre rør 7 er her utført koniske, slik at de er slanke nederst, vider seg ut oppover og deretter reduseres igjen slik at man har et lite tverrsnitt i vannoverflaten. Over vann er ytterrøret igjen utvidet for å øke dekksopplegget. En form som vist vil gi bedre for-hold mellom stabiliserende moment/bølgekrefter enn grunnut-førelsen i fig. 1. Videre vil tårnets globalmoment være størst på midtpartiet, og det vil da være riktig at også tverrsnittene er størst her.

Man kan også tenke seg en utvidelse nederst for å gi bedre plass for ballast og oljelager.

Innen rammen av oppfinnelsens ide kan også leddet gis en rekke alternative utførelser. Man kan f.eks. snu dyblene opp-ned, slik at periferidyblene 19 er innspent i templaten 1 mens det ringformede lager 23 er plassert på tårnet 2. Glidelagrene 22 kan tilsvarende plasseres i templaten 1 mens kulelageret 21 plasseres i tårnet 2. Man kan også skille senterdybel 18 og kulelager ved at kulen har en sentral vertikal utboring hvor selve senterdybelen glir.

I så fall må glidelagrene 22 omgjøres til faste lager.

Kablene kan utstyres med kompensator i øvre ende for derved

å minske variasjonen i strekk når tårnet legger seg over.

Mulige fabrikasjonsmåter for gjenstanden ifølge oppfinnelsen er ■' tilsvarende de metoder som er beskrevet i søkerens tidligere søknader 78.0922 og 79.0944. Det skal bare bemerkes at den nye utførelse av tårnet gjør at man kan benytte konisk glideforskaling under hovedgliden og derved få en mer optimal form som indikert på fig. 4. Det ser også ut til at det er riktig å legge tårnet nesten horisontalt under utslepning dersom det er for grunt til å kunne slepes vertikalt.

Ringrommet (klaringen) mellom dybelen 19 og lageret 23 kan være helt eller delvis fyllt med et plastisk materiale. Dette kan f.eks. ha konsistens som myk asfalt.

En alternativ festemåte for kablene er vist i fig. 5.

Figuren er ute av målestokk. Kabelen 17 er i nedre ende avsluttet med en bolt 29. Overgangsstykket 30 mellom bolt og kabel er noe utvidet og mutterformet på yttersiden, f.eks. med sekskanttverrsnitt. Også øvre ende av kabelen er avsluttet med en bolt 31. Bolten 29 går gjennom et hull 32 i templatens 1 øvre dekke. På undersiden av dette dekke er det til dekket festet en mutter 33. Kabelen ligger i et rør 34 som rekker helt fra templaten til over havnivå 3. Røret 34 har et tverrsnitt som passer til yttersiden av overgangsstykket 30 og kan f.eks. være sekskantformet. Det hele er montert i røret 26 som går gjennom kuleskallet 11.

Mutteren 33 ér festet til templaten på forhånd. Når kabel-montasje skal skje senkes røret 34 ned til templaten som vist på figuren.

Kabelen 17 med bolt 29 og overgangsstykke 30 senkes ned gjennom røret 34. Når boltens 29 gjenger ligger an mot mutterens 3 3 gjenger, dreies røret 34 rundt sammen med kabelen 17. Bolten 29 vil da bli skrudd inn i den stille-stående mutter 33. Deretter strammes mutteren 35 mot dekket 9. Til slutt løftes røret 34 et par meter og kabelen er dermed festet og forbindelsen etablert.

Demontasje foregår etter den motsatte prosedyre. Når røret 34 ikke brukes, kan det være hengt opp i den stiplede wiren 36 som går over skiver 37 og er festet i bolten 31. Hvis trekket i kabelen skulle bli lite, vil da vekten av røret 34 føre til at bolten 31 og mutteren 35 løftes, slik at kabelen vil forbli under strekk. Røret 3 4 virker dermed som en kompensator. Eventuelt kan rørene 34 virke som kompensator for andre objekter, som f.eks. risers og brønnhoder.

Man vil umiddelbart se at gjenstanden ifølge foreliggende oppfinnelse løser de svakheter som lignende tidligere konstruksjoner er beheftet med. Det indre "ineffektive" vann-volum er betydelig redusert. Senterdybelen får en stor anleggsflate og kan følgelig ta store horisontalkrefter. Den runde form på tårnet gjør at virvelavløsninger ikke kan gi noe vridningsmoment, og den punktformede anleggsflate på periferidyblene blir derved av mindre betydning.

Claims (1)

1. Konstruksjon for utvinning av naturforekomster omfattende en basiskonstruksjon (1) plassert på sjøbunnen samt et tårn (2) leddlagret til basiskonstruksjonen, hvilket ledd omfatter kabler (17) mellom tårn og basiskonstruksjon til å ta vertikalt strekk, samt dybler (19) mellom tårn og basiskonstruksjon plassert utenfor sentrum til å forhindre rotasjon av tårnet om dets lengdeakse, karakterisert ved at leddet (17-23) også omfatter en sentrisk plassert dybel (18) glidelagret (22) i vertikalretningen og med kuleopplagring (20) i den ene ende, hvilken dybel skal ta horisontalkraft i leddet.