NO153505B

NO153505B - GROUNDING OFFSHORE CONSTRUCTION FOR USE IN WATER CONTAINING ISMASSES.

Info

Publication number: NO153505B
Application number: NO791019A
Authority: NO
Inventors: James Charles Pearce
Original assignee: Chevron Res
Priority date: 1978-03-29
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1985-12-23
Also published as: CA1127406A; GB2017793B; GB2017793A; NO791019L; SE7900193L; JPS5913612B2; JPS54133701A; SE438692B; NO153505C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår offshorekonstruksjoner The present invention relates to offshore structures

for anvendelse i arktiske og andre farvann som har isforekoms- for use in Arctic and other waters that have ice deposits

ter og nærmere bestemt en offshorekonstruksjon som er istand til å tåle de krefter som påtrykkes den ved anslag av isflak og andre store ismasser. and more precisely an offshore construction that is able to withstand the forces exerted on it by the impact of ice floes and other large masses of ice.

I de senere år er utforskningen utenfor kysten og produksjon av petroleumsprodukter blitt utvidet til også å In recent years, offshore exploration and production of petroleum products has been extended to include

omfatte arktiske og andre farvann som hjemsøkes av is, på include Arctic and other ice-infested waters, on

slike steder som Nord-Alaska og Canada. Disse farvann er van-ligvis dekket av uendelige områder av isflak ni måneder eller mer av året. Isdekket kan få en tykkelse på 1,5 - 3 m eller mer og kan ha en trykkfasthet eller styrke mot knusing i om- such places as northern Alaska and Canada. These waters are usually covered by endless areas of ice floes for nine months or more of the year. The ice cover can have a thickness of 1.5 - 3 m or more and can have a compressive strength or strength against crushing in

rådet på omkring 140.000 - 703.000 kg/m 2. Selv om de synes å advised at around 140,000 - 703,000 kg/m 2. Although they seem to

være ubevegelige beveger isflakene eller isdekket seg i virkeligheten i sideretning med vind og vannstrømmer og kan så- being motionless, the ice floes or ice cover actually moves laterally with wind and water currents and can so-

ledes påføre meget store krefter på eventuelle stasjonære konstruksjoner i deres baner. are led to exert very large forces on any stationary structures in their orbits.

Et alvorligere problem som man støter på i arktiske A more serious problem encountered in the Arctic

farvann, er•tilstedeværelsen av store ismasser såsom pakkis, waters, is • the presence of large ice masses such as pack ice,

store isflak eller isberg. Pakkis dannes når to adskilte is- large ice floes or icebergs. Ice packs form when two separated ice-

flak beveger seg mot hverandre og kolliderer, idet oppbygnin- flakes move towards each other and collide, as the build-

gen og knusingen av de to mot hverandre virkende isflak be- gene and the crushing of the two opposing ice floes be-

virker dannelsen av en høy kam eller rygg. Slike isrygger kan være meget store med lengder på hundreder av meter, bredder på mer enn 30 m og tykkelse på opp til 15,2 m. Følgelig kan isrygger utøve en forholdsvis større kraft på en offshorekonstruksjon enn vanlige isflak. Således er muligheten for at isrygger skal bevirke utstrakte skader på en offshorekonstruk- works the formation of a high ridge or ridge. Such ice ridges can be very large, with lengths of hundreds of metres, widths of more than 30 m and thicknesses of up to 15.2 m. Consequently, ice ridges can exert a relatively greater force on an offshore structure than ordinary ice floes. Thus, the possibility of ice ridges causing extensive damage to an offshore structure is

sjon eller katastrofal svikt av konstruksjonen meget stor. tion or catastrophic failure of the structure very large.

En konstruksjon som er bygget tilstrekkelig sterk til A construction that is built sufficiently strong for

å motstå den knusekraft som utøves på konstruksjonen ved an- to resist the crushing force exerted on the structure by an-

slag av is, dvs. tilstrekkelig sterk til å tillate at isen knuses mot konstruksjonen og gjør det mulig for isen å impact of ice, i.e. sufficiently strong to allow the ice to smash against the structure and enable the ice to

strømme omkring denne, ville sannsynligvis være meget massiv og tilsvarende kostbar å bygge. Det har derfor hittil vært foreslått at konstruksjoner som skal anvendes i farvann hvor det forekommer is, må bygges med en hellende eller rampe- flow around this, would probably be very massive and correspondingly expensive to build. It has therefore so far been proposed that structures to be used in waters where ice occurs must be built with a sloping or ramped

lignende ytre overflate i stedet for med en overflate som er vertikalt innrettet i forhold til den motstøtende is. Når similar outer surface rather than with a surface that is vertically aligned with respect to the opposing ice. When

isen kommer til kontakt med den skrå ytre overflate, tvinges the ice comes into contact with the inclined outer surface, is forced

Men oppover over sin normale posisjon, hvilket bevirker at But upwards above its normal position, causing that

isen svikter i bøyning ved påføring av en strekkspenning på the ice fails in bending when a tensile stress is applied to it

isen. Da is har en bøyestyrke på omkring 6 kg/m 2, blir en tilsvarende mindre kraft påtrykket konstruksjonen når isen som støter mot denne, svikter i bøyning i stedet for sammentrykning. the ice. As ice has a bending strength of around 6 kg/m 2 , a correspondingly smaller force is exerted on the structure when the ice that collides with it fails in bending instead of compression.

Forskjellige former av kjegleformede offshorekonstruksjoner som har hellende ytre overflater er vist i en artikkel av J.V. Danys med tittelen "Effect of Cone-Shaped Structures on Impact Forces of lee Floes"(som ble lagt frem for The First International Conference on Port and Ocean Engineering Various forms of cone-shaped offshore structures having sloping outer surfaces are shown in an article by J.V. Danys entitled "Effect of Cone-Shaped Structures on Impact Forces of lee Floes" (which was presented to The First International Conference on Port and Ocean Engineering

under Arctic Conditions holdt som foredrag ved Norges Tek-niske Høgskole i Trondheim i august 1971. En annen artikkel av interesse i denne forbindelse er den som er presentert av Ben C. Gerwick Jr. og Ronald Lloyd med tittelen "Design and Construction Procedures for Proposed Arctic Offshore Struc- under Arctic Conditions delivered as a lecture at the Norwegian Technical University in Trondheim in August 1971. Another article of interest in this connection is the one presented by Ben C. Gerwick Jr. and Ronald Lloyd with the title "Design and Construction Procedures for Proposed Arctic Offshore Struc-

tures" og holdt som foredrag ved Offshore Technology Confe- tures" and delivered as a lecture at the Offshore Technology Confer-

rence i Houston, Texas i april 1970. rence in Houston, Texas in April 1970.

Videre finnes omtalt offshorekonstruksjoner av typen "lightpiers" eller fyrplattformer i en artikkel i tids- Furthermore, offshore constructions of the type "lightpiers" or lighthouse platforms are discussed in an article in the

skriftet Engineering Journal, mars/april 1974, s. 8-9, men heller ikke her er problemene med å motstå og avvise større ismasser, såsom pakkis, gitt noen løsning. I det følgende skal beskrives nærmere de forhold som isbrytingen mot en plattform innebærer og som har ligget til grunn for utviklin- the Engineering Journal, March/April 1974, pp. 8-9, but here too the problems of resisting and rejecting larger masses of ice, such as pack ice, are not given any solution. In the following, the conditions that icebreaking against a platform entails and which have formed the basis for the development of

gen av den foreliggende oppfinnelse. gene of the present invention.

Når et isflak beveger seg i forhold til og til kontakt When an ice floe moves relative to and to contact

med den skrå ytre overflate av en kjegleformet konstruksjon, with the inclined outer surface of a cone-shaped construction,

vil det bli løftet opp langs den hellende overflate. Løftin- it will be lifted up along the sloping surface. liftin-

gen av isflaket bevirker dannelsen av begynnende sprekker i flaket, hvilke stråler utover fra kontaktpunktet. Omkretssprekker vil deretter dannes, og bevirke at isflaket brytes opp til kileformede stykker. Den tilnærmet samlede kraft som utøves på en kjegleformet konstruksjon består da primært av den kraft som er påkrevet for å bringe svikt i bøyningen av det motstøtende isflak, dvs. den kraft som er nødvendig for å danne de innledende radiale eller etterfølgende omkretssprekker og den kraft som bevirkes av de avbrutte isstykker som glir opp på den ytre overflate av konstruksjonen og som gjensidig påvirker hverandre. gene of the ice sheet causes the formation of incipient cracks in the sheet, which radiate outwards from the point of contact. Perimeter cracks will then form, causing the ice sheet to break up into wedge-shaped pieces. The approximately total force exerted on a cone-shaped structure then consists primarily of the force required to cause failure in the bending of the opposing ice sheet, i.e. the force necessary to form the initial radial or subsequent circumferential cracks and the force which is caused by the broken pieces of ice that slide onto the outer surface of the structure and that mutually affect each other.

Den kraft som hører sammen med dannelsen av innled- The force associated with the formation of initial

ende og omkretssprekker i isflaket,er primært en funksjon av de end and circumferential cracks in the ice sheet, are primarily a function of them

spesielle mekaniske og geometriske egenskaper av isens anslag mot konstruksjonen. Den oppglidende kraft skyldes at de brutte isstykker innbyrdes påvirker konstruksjonen og således er avhengig av det overflateareal på konstruksjonen som befinner seg over vannlinjen. Derfor for å redusere de samlede iskrefter som på-føres en kjegleformet konstruksjon, er det alltid ønskelig å holde vannlinjediameteren for konstruksjonen så liten som mulig. special mechanical and geometrical properties of the impact of the ice against the structure. The upward sliding force is due to the fact that the broken pieces of ice mutually affect the structure and thus depends on the surface area of the structure that is located above the waterline. Therefore, in order to reduce the overall ice forces applied to a cone-shaped structure, it is always desirable to keep the waterline diameter of the structure as small as possible.

Store ismasser, såsom pakkisrygger som støter mot kjegleformede konstruksjoner, vil bli løftet langs den hellende ytre overflate av konstruksjonen for å bevirke at ryggene svikter i bøyning. På samme måte som for isflak vil det danne seg en radial sprekk i ryggen ved anslagspunktet. Dannelsen av en radial sprekk etterfølges av dannelsen av "hengselsprekker" som opp-trer i en forholdsvis større avstand fra konstruksjonen. Når ryggen fortsetter å bevege seg inn mot konstruksjonen, vil den brytes opp i store isblokker som faller bort fra konstruksjonen. Large masses of ice, such as pack ice ridges impinging on cone-shaped structures, will be lifted along the sloping outer surface of the structure to cause the ridges to fail in flexure. In the same way as for ice flakes, a radial crack will form in the back at the point of impact. The formation of a radial crack is followed by the formation of "hinge cracks" which occur at a relatively greater distance from the structure. As the ridge continues to move towards the structure, it will break up into large blocks of ice that fall away from the structure.

Som antydet ovenfor er den kraft som påtrykkes en konstruksjon av de motstøtende isrygger, meget større enn den for et motstøtende isflak. Den tilnærmede samlede kraft som ut-øves på en kjegleformet konstruksjon av en isrygg er en kombina-sjon av den kraft som kreves for å bringe den motstøtende rygg til å svikte i bøyning og den kraft som bevirkes av de brutte isstykker, dannet ved svikt av isflaket som beveger seg fremover foran isryggen, glir oppover den ytre overflate av konstruksjonen og gjensidig påvirker denne. De store isblokker som dannes når en slik isrygg får bøyningssvikt, søker ikke å ride oppover den ytre overflate av konstruksjonen. Derfor er denne oppoverglid-ningskraft hovedsakelig et resultat av at stykker av isflak glir oppover konstruksjonens ytre overflate. As indicated above, the force exerted on a structure by the opposing ice ridges is much greater than that of an opposing ice floe. The approximate total force exerted on a cone-shaped structure of an ice ridge is a combination of the force required to cause the opposing ridge to fail in bending and the force exerted by the broken pieces of ice, formed by the failure of the ice floe moving forward in front of the ice ridge slides up the outer surface of the structure and mutually affects it. The large blocks of ice that form when such an ice ridge suffers flexural failure do not seek to ride up the outer surface of the structure. Therefore, this upward sliding force is mainly a result of pieces of ice flakes sliding up the outer surface of the structure.

Da konstruksjoner som befinner seg i vann hvor det foreligger større ismasser er utsatt for relativt større iskrefter må de bygges tilstrekkelig sterke til å tåle disse større iskrefter. Anvendelsen av de nåværende konstruksjoner med kjegleform og understøttet på bunnen krever understøttelse av konstruksjonen ved hjelp av tilleggsfundamentstøtte såsom peling. Dette vil imidlertid øke omkostningene og tiden for installering av konstruksjonen. Uten tilleggsfundamentstøtte ville konstruksjonen måtte lages større og kraftigere for å tåle de større iskrefter, hvilket ville nødvendiggjøre en økning av dens vannlinjediameter. Dette vil imidlertid øke den komponent av den samlede iskraft som hører sammen med glidningen oppover av isstykkene på konstruksjonen fordi denne kraft er proporsjonal med overflatearealet av konstruksjonen over vannlinjen. For en stor kjeglediameter ved vannlinjen ville denne kraftkomponent være vesentlig større enn den kraft som er påkrevet for å frembringe bøyesvikt i den mot-støtende is. Dessuten da disse konstruksjoner er beregnet for anvendelse på dypere vann, ville deres totale dimensjon sansynlig-vis øke. Since structures located in water where there are large masses of ice are exposed to relatively large ice forces, they must be built sufficiently strong to withstand these larger ice forces. The use of the current cone-shaped structures supported on the bottom requires the support of the structure by means of additional foundation support such as piling. However, this will increase the costs and time for installing the structure. Without additional foundation support, the structure would have to be made larger and stronger to withstand the greater ice forces, which would necessitate an increase in its waterline diameter. This will, however, increase the component of the overall ice force which is associated with the upward sliding of the ice pieces on the structure because this force is proportional to the surface area of the structure above the waterline. For a large cone diameter at the waterline, this force component would be significantly greater than the force required to produce flexural failure in the opposing ice. Also, as these structures are intended for use in deeper water, their overall dimensions would likely increase.

I samsvar med dette ville de foreliggende kjegleformede konstruksjoner som er bygget for anvendelse på dypere vann og bygget tilstrekkelig sterke til å tåle de krefter som hører med til større ismasser, være tilsvarende mer kostbare å konstruere og montere. I virkeligheten kunne slike konstruksjoner være såvidt massive at de ble uanvendelige og økonomisk umulige Accordingly, the present cone-shaped structures which are built for use in deeper water and built sufficiently strong to withstand the forces associated with larger masses of ice, would be correspondingly more expensive to construct and install. In reality, such constructions could be so massive that they became unusable and economically impossible

å bygge. Foreliggende oppfinnelse er rettet på en offshorekonstruksjon som er i stand til å tåle de krefter som hører med til store motstøtende ismasser og samtidig kan fremstilles ut fra et økonomisk og dimensjonalt synspunkt. to build. The present invention is aimed at an offshore construction which is able to withstand the forces associated with large opposing masses of ice and at the same time can be produced from an economic and dimensional point of view.

Stort sett omfatter foreliggende oppfinnelse en offshorekonstruksjon som er beregnet på arbeide i vann hvor der opp-trer is og som er spesielt egnet for anvendelse på dyp<i>ere vann, men ikke begrenset til slik anvendelse, hvor isflak og andre større ismasser såsom pakkis eller isbjerg er tilstede. Broadly speaking, the present invention comprises an offshore structure which is intended for work in water where ice occurs and which is particularly suitable for use in deeper water, but not limited to such use, where ice floes and other large masses of ice such as pack ice or iceberg is present.

Fra US-PS 3 754 403 er det kjent en flytende marinekonstruksjon som lett kan festes til og/eller fjernes fra havbunnen med ankerpeler som er drevet ned i bunnen med store hel-ningsvinkler og skal tjene til å løse opp siderettede isbelastnin-ger i aksiale pelebelastninger. Foreliggende oppfinnelse avviker vesentlig fra denne kjente konstruksjon ved at den anvender skrå overflater som bevirker bøyningssvikt i ismasser i stedet for de skråttstilte peler som skal bevirke kompresjonssvikt. Skrogtverr-snittene i det kjente patent får ikke kontakt med ismassene og bevirker således heller ingen oppbryting av isen under bøyning. From US-PS 3 754 403, a floating marine structure is known which can be easily attached to and/or removed from the seabed with anchor piles which are driven into the bottom with large angles of inclination and are to serve to dissolve lateral ice loads in axial pile loads. The present invention deviates significantly from this known construction in that it uses inclined surfaces which cause flexural failure in ice masses instead of the inclined piles which should cause compression failure. The cross-sections of the hull in the known patent do not come into contact with the ice masses and thus also cause no breaking up of the ice during bending.

US-PS 4 0 68 48 7 beskriver en rektangulær plattform US-PS 4 0 68 48 7 describes a rectangular platform

med en underkonstruksjon som er bevegelig i sideretning og følge-lig hverken viser eller foreslår dette patent oppfinnelsens kjegleformede konstruksjon. with a substructure which is movable laterally and consequently this patent neither shows nor proposes the cone-shaped construction of the invention.

Foreliggende oppfinnelse angår således en bunnhvilende offshorekonstruksjon for anvendelse i farvann som inneholder ismasser, hvor konstruksjonen har en rampelignende overflate til beskyttelse mot ismasser som beveger seg i forhold til og i kontakt med konstruksjonen, og oppfinnelsen er kjennetegnet ved The present invention thus relates to a bottom-resting offshore structure for use in waters containing ice masses, where the structure has a ramp-like surface for protection against ice masses that move in relation to and in contact with the structure, and the invention is characterized by

at den rampelignende overflate er fremskaffet ved en nedre del som har en omkretsvegg som konvergerer oppover og innover til dannelse av en første avkortet konisk del, og en øvre del båret på den nedre del og som har en omkretsvegg som konvergerer oppover og innover med større helning enn omkretsveggen av den nedre del til dannelse av en andre avkortet konisk del og som har en bunn dimensjonert for å være mindre i diameter enn toppen av den nedre del for å skaffe et trinn mellom omkretsveggen av den øvre og den nedre del, idet helningsvinkelen mot horisontalen for veggen av den nedre del er mellom 15° og 25° og helningsvinkelen mot horisontalen for veggen av den øvre del er mellom 2 6° og 70°. that the ramp-like surface is provided by a lower portion having a peripheral wall converging upwardly and inwardly to form a first truncated conical portion, and an upper portion supported on the lower portion and having a peripheral wall converging upwardly and inwardly with a greater slope than the peripheral wall of the lower part to form a second truncated conical part and having a bottom dimensioned to be smaller in diameter than the top of the lower part to provide a step between the peripheral wall of the upper and lower parts, the angle of inclination towards the horizontal for the wall of the lower part is between 15° and 25° and the angle of inclination to the horizontal for the wall of the upper part is between 2 6° and 70°.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen er denne kjennetegnet ved at helningsvinkelen mot horisontalen for veggen av den nedre del er mellom omkring 19° og 2 3° og helningsvinkelen mot horisontalen for veggen av den øvre del er mellom 54° og 58°. According to another feature of the invention, this is characterized in that the angle of inclination to the horizontal for the wall of the lower part is between about 19° and 23° and the angle of inclination to the horizontal for the wall of the upper part is between 54° and 58°.

Offshorekonstruksjonen nevnt ovenfor har en utformning som tillater konstruksjonen å bli anvendt på forholdsvis dypere vann som inneholder isflak og relativt store ismasser uten unødvendig økning av massen og omkostningene ved konstruksjonen. The offshore construction mentioned above has a design that allows the construction to be used in relatively deeper water containing ice floes and relatively large masses of ice without an unnecessary increase in the mass and costs of the construction.

En utførelse av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives som et eksempel med henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et skjematisk sideriss delvis i snitt og viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, fig. 2 er en skjematisk fremstilling i snitt etter linjen 2-2 på fig. 1, og fig. 3 er et delvis pers-pektivriss som viser en øvre og nedre kjegleformede del og halsdelen fremstilt av stålplater. An embodiment of the invention will be described in the following as an example with reference to the drawings, where fig. 1 is a schematic side view partly in section and shows a preferred embodiment of the invention, fig. 2 is a schematic representation in section along the line 2-2 in fig. 1, and fig. 3 is a partial perspective view showing an upper and lower cone-shaped part and the neck part made of steel plates.

Med henvisning til tegningene representerer fig.1 With reference to the drawings, fig.1 represents

en marinekonstruksjon 15 som befinner seg i en vannmengde 30 og er særlig konstruert for installasjon i arktiske farvann, på hvilke der foreligger tykke isflak 20 og større ismasser såsom isfjell 22. Konstruksjonen holdes på plass på havbunnen 12 ved hjelp av sin egenvekt pluss vekten av eventuell ballast som skal omtales nærmere i det følgende, tilføyd konstruksjonen. a marine structure 15 which is located in a body of water 30 and is especially designed for installation in Arctic waters, on which there are thick ice floes 20 and larger ice masses such as icebergs 22. The structure is held in place on the seabed 12 by means of its own weight plus the weight of any ballast, which will be described in more detail below, added to the construction.

En arbeidsplattform 10 på konstruksjonen 15 er vist på fig. 1 med en borerigg 45 anbragt på dekket 42, mens annet konvensjonelt boreutstyr som ikke er vist, også kan befinne seg på arbeidsplattformen 10. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til offshorekonstruksjoner som anvendes til å bære borerigger. A working platform 10 on the construction 15 is shown in fig. 1 with a drilling rig 45 placed on the deck 42, while other conventional drilling equipment that is not shown can also be on the working platform 10. However, the invention is not limited to offshore structures that are used to carry drilling rigs.

Den er egnet for en hvilken som helst type offshoreoperasjon som foretas i arktiske farvann hvor der er behov for beskyttelse mot ismasser som dannes i slike farvann. It is suitable for any type of offshore operation carried out in arctic waters where there is a need for protection against ice masses that form in such waters.

Arbeidsplattformen 10 kan i virkeligheten1 inneholde forskjellige ytterligere høyder med dekk 40 og 41 som tjener som oppholdskvarter og arbeidsområder for personalet på konstruksjonen. Dekkene kan være innelukket og oppvarmet for å gi rimelig komfort-able arbeidsomgivelser som byr beskyttelse for menn og utstyr i vintervær, hvorunder temperaturen kan falle til minus 51°C. Det indre av konstruksjonen kan også inneholde lager og utstyrsrom som er vist generelt med henvisningstallet 60. The work platform 10 may in fact1 contain various further elevations with decks 40 and 41 serving as living quarters and work areas for the construction staff. The decks can be enclosed and heated to provide reasonably comfortable working environments that offer protection for men and equipment in winter weather, during which the temperature can drop to minus 51°C. The interior of the structure may also contain storage and equipment rooms which are shown generally with the reference number 60.

Offshorekonstruksjonen 15 er bygget for grei opp-stilling med full arbeidskapasitet på et valgt borested og med muligheten for å bli beveget fra et borested og opprettet på et annet i arbeidstilstand uten forsinkelse. For dette formål er ballasttanker 62 i et stykke bygget inn i det indre av konstruksjonen for å gi en passende stabilitet når konstruksjonen slepes og for å gjøre det mulig for konstruksjonen å bli senket gjennom vannet og til kontakt med havbunnen. Ballasttankene kan selvsagt være trimmet etter behov for å kompensere for eventuell ujevn fordeling av vekt inne i konstruksjonen. Ballasttankene er enkeltvis forsynt med egnede organer, såsom sjøvannskraner og tømmeledning, hvorav ingen er vist, for fjernstyring av den vannmengde som foreligger i tankene, slik at konstruksjonens opp-drift er innstillbar. The offshore construction 15 has been built for proper setup with full working capacity at a selected drilling site and with the possibility of being moved from one drilling site and set up in working condition at another without delay. To this end, integral ballast tanks 62 are built into the interior of the structure to provide suitable stability when the structure is towed and to enable the structure to be lowered through the water and into contact with the seabed. The ballast tanks can of course be trimmed as needed to compensate for any uneven distribution of weight inside the construction. The ballast tanks are individually provided with suitable devices, such as seawater taps and discharge lines, none of which are shown, for remote control of the amount of water in the tanks, so that the uplift of the structure is adjustable.

Som antydet ovenfor er en borerigg 4 5 anbragt på dek-kene 42 sammen med annet konvensjonelt boreutstyr som ikke er vist, for anvendelse ved boring av en brønnboring 9 0 i underlaget. En boreåpning 50 for passering av boreutstyret strekker seg således fra dekket 4 2 ned gjennom hele konstruksjonen til havbunnen 12, slik at borestrengen 92 kan strekke seg ned i brønnboringen 90. Da det er både kostbart og vanskelig å konstruere og instal-lere en konstruksjon i arktiske farvann er det ønskelig at konstruksjonen er forsynt med evnen til å bore et antall brønner på et bestemt sted. F.eks. kan en konstruksjon være utført for å bore to eller flere brønner til en dybde av tilnærmet 6.000 m. Følgelig må konstruksjonen være laget tilstrekkelig stor til å As indicated above, a drilling rig 45 is placed on the decks 42 together with other conventional drilling equipment that is not shown, for use when drilling a wellbore 90 in the substrate. A drilling opening 50 for the passage of the drilling equipment thus extends from the deck 4 2 down through the entire structure to the seabed 12, so that the drill string 92 can extend down into the wellbore 90. As it is both expensive and difficult to construct and install a structure in arctic waters, it is desirable that the structure is equipped with the ability to drill a number of wells in a specific location. E.g. a structure can be constructed to drill two or more wells to a depth of approximately 6,000 m. Consequently, the structure must be made sufficiently large to

oppta det nødvendige utstyr for denne oppgave. acquire the necessary equipment for this task.

En offshorekonstruksjon som er stor nok til å utføre An offshore construction that is large enough to perform

de ovenfor beskrevne borefunksjoner, vil veie noen tusen tonn før den mottar noe av det utstyr som er nødvendig for boreoperasjonen. Dessuten øker vekten av foreliggende konstruksjoner for bunnstøt-tede utstyr proporsjonalt når konstruksjonen er beregnet for anvendelse på dypere vann og for å tåle større naturlige iskrefter, såsom de som følger med store, ismasser, såsom isfjell. Da vekten av konstruksjonen er direkte knyttet til dens omkostninger, vil omkostningene øke proporsjonalt med vekten. Foreliggende oppfinnelse er rettet på en offshorekonstruksjon med utformning som er særlig egnet for tilpasning til bruk på dypere vann, men som the drilling functions described above, will weigh a few thousand tons before it receives any of the equipment necessary for the drilling operation. Moreover, the weight of the present constructions for bottom-supported equipment increases proportionally when the construction is intended for use in deeper water and to withstand greater natural ice forces, such as those accompanying large, ice masses, such as icebergs. As the weight of the structure is directly linked to its cost, the cost will increase proportionally with the weight. The present invention is directed to an offshore construction with a design that is particularly suitable for adaptation to use in deeper water, but which

ikke er begrenset til anvendelsen på dypere vann og som reduserer til et minimum de krefter som påtrykkes konstruksjonen ved anslag av isflak og større ismasser, og som samtidig tillater mindre kon-struksjonsmateriale bygget inn i konstruksjonen og tilsvarende reduserer dens masse og pris. is not limited to the application in deeper water and which reduces to a minimum the forces exerted on the construction by the impact of ice floes and larger masses of ice, and which at the same time allows less construction material to be built into the construction and correspondingly reduces its mass and price.

Som omtalt ovenfor vil et isflak som beveger seg til kontakt med den hellende overflate av en kjegleformet offshorekonstruksjon, få bøyningssvikt som resulterer i at isflaket brytes opp i kileformede segmenter. Når isflaket fortsetter å bevege seg mot konstruksjonen vil de kileformede isstykker gli oppover den ytre overflate av konstruksjonen og på en ideell måte falle bort fra og bli feiet omkring konstruksjonen. Når ismassene som støter mot konstruksjonen, blir større, blir de krefter som påtrykkes denne, likeledes økt. For å hindre svikt i de foreliggende konstruksjoner av bunnunderstøttede kjegleformede konstruksjoner når større ismasser såsom et isfjell beveger seg til kontakt med konstruksjonen, kan flere ting eventuelt foretas. For det første kan bunndiameteren av konstruksjonen og således dens dimensjon økes for å tåle de større iskrefter. For det annet kan konstruksjonen forsynes med en temmelig svakt hellende flate som også øker dens dimensjon for å ta imot de motstøtende isfjell. Dette har som virkning å redusere den samlede iskraft som påtrykkes konstruksjonen av det motstøtende fjell, fordi den komponent av den samlede kraft som skyldes bøyningssvikt av ismassen, avtar etterhvert som hellningsvinkelen fra horisontalen av den hellende flate avtar. For det tredje kan konstruksjonen understøttes ved peling. Dette er imidlertid uønsket fordi omkostningene og tiden ved installasjonen av konstruksjonen på et valgt borested ville bli økt. As discussed above, an ice floe that moves into contact with the sloping surface of a cone-shaped offshore structure will experience flexural failure resulting in the ice floe breaking up into wedge-shaped segments. As the ice floe continues to move towards the structure, the wedge-shaped pieces of ice will slide up the outer surface of the structure and ideally fall away from and be swept around the structure. When the masses of ice that collide with the structure become larger, the forces exerted on it are also increased. In order to prevent failure of the existing structures of bottom-supported cone-shaped structures when larger masses of ice such as an iceberg move into contact with the structure, several things can possibly be done. Firstly, the bottom diameter of the structure and thus its dimension can be increased to withstand the greater ice forces. Secondly, the structure can be provided with a rather gently sloping surface which also increases its dimension to accommodate the opposing icebergs. This has the effect of reducing the total ice force applied to the structure of the opposing mountain, because the component of the total force due to flexural failure of the ice mass decreases as the angle of inclination from the horizontal of the inclined plane decreases. Thirdly, the construction can be supported by piling. However, this is undesirable because the costs and time of installing the structure at a selected drilling site would be increased.

For å tåle de større krefter som følger med større motstøtende ismasser, ville da dimensjonen av foreliggende konstruksjoner av kjegleformede strukturer understøttet på havbunnen måtte økes, hvilket nødvendiggjør innbygning av mer konstruksjons-materiale i konstruksjonen, hvilket øker dens masse og således dens omkostninger og gjør den uoverkommelig kostbar å bygge. Dertil kommer at dimensjonen av konstruksjonen også har en tendens til å øke når konstruksjonen er beregnet for anvendelse på dypere vann. Når disse konstruksjoner bygges større, øker den samlede iskraft som påtrykkes konstruksjonen. Som allerede på-pekt ovenfor, består den samlede iskraft som utøves på en kjegleformet offshorekonstruksjon, hovedsakelig av den kraft som er nød-vendig for å bringe den motstøtende ismasse til bøyesvikt og den kraft som bevirkes av de brutte isstykker som glir oppover den ytre overflate av konstruksjonen og gjensidig påvirkes av denne. Denne oppover glidende kraft avhenger av vekten av isstykkene såvel som av den friksjonskraft som foreligger mellom isen og den ytre overflate av konstruksjonen. Det kan således sees at den oppover glidende iskraft er proporsjonal med overflatearealet av den kjegleformede konstruksjon over vannlinjen. Når derfor dimensjonen av konstruksjonen økes, blir den oppover glidende kraft som påtrykkes konstruksjonen, likeledes økt, og for kjegleformede konstruksjoner med forholdsvis stor vannlinjediameter kan denne oppoverglidende kraft godt overstige den kraft som er nødvendig for å bibringe de motstøtende ismasser bøyesvikt. In order to withstand the greater forces that come with larger opposing masses of ice, the dimensions of existing constructions of cone-shaped structures supported on the seabed would have to be increased, which necessitates the incorporation of more construction material into the construction, which increases its mass and thus its costs and makes it prohibitively expensive to build. In addition, the dimension of the construction also tends to increase when the construction is intended for use in deeper water. When these structures are built larger, the overall ice force exerted on the structure increases. As already pointed out above, the total ice force exerted on a cone-shaped offshore structure consists mainly of the force necessary to bring the opposing ice mass to flexural failure and the force exerted by the broken pieces of ice that slide up the outer surface of the construction and are mutually affected by it. This upward sliding force depends on the weight of the pieces of ice as well as on the frictional force that exists between the ice and the outer surface of the structure. It can thus be seen that the upward sliding ice force is proportional to the surface area of the cone-shaped structure above the waterline. When the dimension of the structure is therefore increased, the upward sliding force exerted on the structure is likewise increased, and for cone-shaped structures with a relatively large waterline diameter, this upward sliding force may well exceed the force necessary to cause the opposing ice masses to fail flexurally.

Det er følgelig skaffet tilveie i samsvar med foreliggende oppfinnelse en offshorekonstruksjon som kan tilpasses for anvendelse på dypere vann som er i stand til å tåle de krefter som påtrykkes denne fra motstøtende isflak 20 eller noen annen stor ismasse såsom et isfjell 22, hvor massen og omkostningene av konstruksjonen ikke er unødvendig økte. Denne konstruksjon har prinsippielt, som vist på fig. 1-3, en nedre kjegleformet del 4 og en øvre kjegleformet del 6 koaksialt anbragt i forhold til hverandre for å danne et kontinuerlig utvendig skall som har en ujevnhet 200 og som er innrettet for å ta imot ismasser som beveger seg i forhold til og til kontakt med konstruksjonen. Accordingly, in accordance with the present invention, an offshore structure has been provided which can be adapted for use in deeper water and which is able to withstand the forces exerted on it by opposing ice floe 20 or some other large ice mass such as an iceberg 22, where the mass and costs of the construction are not unnecessarily increased. This construction has, in principle, as shown in fig. 1-3, a lower cone-shaped part 4 and an upper cone-shaped part 6 coaxially arranged with respect to each other to form a continuous outer shell having an asperity 200 and which is adapted to receive masses of ice moving relative to and to contact with the structure.

Det er tatt med i betraktningen at det utvendige skall av konstruksjonen må konstrueres av stålplate som vist på fig. 3, men andre materialer, såsom forspent betong, kan benyttes. Stålplaten er i form av plane paneler som strekker seg fra hvert punkt på omkretsen av den lukkede plane bunnflate mot den felles topp for å gi de stumpkjegleformede deler 4 og 6. It has been taken into account that the outer shell of the structure must be constructed of sheet steel as shown in fig. 3, but other materials, such as prestressed concrete, can be used. The steel plate is in the form of planar panels extending from each point on the circumference of the closed planar bottom surface towards the common top to provide the frustoconical portions 4 and 6.

Den øvre del 6 er som det kan sees, i form av en avkortet kjegie, hvor veggene danner en rampelignende overflate 16 som heller i en vinkel i forhold til horisontalen slik at overflaten 16 konvergerer oppover og innover fra den nedre del 4. The upper part 6 is, as can be seen, in the form of a truncated cone, where the walls form a ramp-like surface 16 which inclines at an angle to the horizontal so that the surface 16 converges upwards and inwards from the lower part 4.

Den nedre del 4 av konstruksjonen er likeledes i form av en avkortet kjegle, men har en større tverrsnittsdiameter enn den øvre del 6. Dette vil si at bunndiameteren av kjeglen som danner den øvre del 6 er mindre enn toppdiameteren av den kjegledannende nedre del 4, slik at der foreligger en trinnlignende seksjon 200 mellom veggene av den øvre del 6 og veggene av den nedre del 4. Veggene av den nedre del 4 konvergerer oppover og innover fra bunndelen 2 for å danne en rampelignende overflate 14 som heller en vinkel i forhold til horisontalen, men med en hellningsvinkel fra horisontalen som er mindre enn den for den øvre del 6. The lower part 4 of the structure is likewise in the form of a truncated cone, but has a larger cross-sectional diameter than the upper part 6. This means that the bottom diameter of the cone forming the upper part 6 is smaller than the top diameter of the cone-forming lower part 4, so that there is a step-like section 200 between the walls of the upper part 6 and the walls of the lower part 4. The walls of the lower part 4 converge upwards and inwards from the bottom part 2 to form a ramp-like surface 14 which slopes at an angle to the horizontal, but with an angle of inclination from the horizontal that is smaller than that of the upper part 6.

Således holdes vannlinjediameteren for den øvre seksjon 6 så liten som praktisk mulig for å redusere oppglidnings-kreftene som virker på konstruksjonen. På den annen side, for å gjøre det mulig for konstruksjonen å tåle de krefter som følger med store motstøtende ismasser, er der anordnet en forholdsvis stor nedre seksjon 4 med en redusert hellningsvinkel. Den redu-serte hellningsvinkel av den nedre seksjon 4 byr fordelen med re-duksjon av de krefter som påtrykkes konstruksjonen ved bøyesvikt av et isfjell. I tillegg vil den forholdsvis store nedre seksjon 4 minske sansynligheten for en fundamentsvikt for konstruksjonen såvel som forbedre dens flytestabilitet. Videre vil den usammen-hengende eller trinnlignende seksjon 200 som foreligger mellom delene 4 og 6, redusere konstruksjonens totale masse og således dens omkostninger og gjøre det mulig å anvende den på dypere vann. Thus, the waterline diameter of the upper section 6 is kept as small as practically possible in order to reduce the sliding forces acting on the structure. On the other hand, in order to enable the construction to withstand the forces that come with large opposing masses of ice, a relatively large lower section 4 with a reduced angle of inclination is provided. The reduced angle of inclination of the lower section 4 offers the advantage of reducing the forces exerted on the structure in case of flexural failure of an iceberg. In addition, the relatively large lower section 4 will reduce the likelihood of a foundation failure for the structure as well as improve its floating stability. Furthermore, the disjointed or step-like section 200 which exists between parts 4 and 6 will reduce the total mass of the construction and thus its costs and make it possible to use it in deeper water.

Bunndelen 2 av konstruksjonen kan også ha kjegleform slik at dens vegger konvergerer oppover og innover fra havbunnen 12, med toppdiameteren av bunndelen tilnærmet lik bunndiameteren av den nedre del 4. Denne spesielle form er nyttig ut fra det synspunkt at den gir ytterligere stabilitet til konstruksjonen når den beveges gjennom vannet. Dessuten kan den rampelignende overflate av bunndelen 2 bidra til å unngå anslag av isfjell. Selvsagt kan bunndelen 2 ha andre egnede former, såsom sylinder-form, slik at veggene av bunndelen er vertikalt anbragt på havbunnen . The bottom part 2 of the structure may also be conical in shape so that its walls converge upwards and inwards from the seabed 12, with the top diameter of the bottom part approximately equal to the bottom diameter of the lower part 4. This particular shape is useful from the point of view of providing additional stability to the structure when it is moved through the water. In addition, the ramp-like surface of the bottom part 2 can help to avoid the impact of icebergs. Of course, the bottom part 2 can have other suitable shapes, such as a cylinder shape, so that the walls of the bottom part are vertically placed on the seabed.

På dypere vann vil store ismasser såsom isfjellet 22 strekke seg en betydelig avstand under vannflaten. Når de derfor beveger seg i forhold til og til kontakt med konstruksjonen 15, vil kantdelen av fjellet 22 bli tatt imot av veggen av den nedre del 4 og løftet langs overflaten 14 som bevirker at isfjellet får bøyningssvikt. Når isfjellet løftes langs overflaten 14, brytes det opp i isblokker som har en tendens til å gli ned under det isflak som beveger seg fremover bak fjellet, idet blok-kene av is deretter feies i sideretning rundt konstruksjonen. Overflaten 16 av den øvre del 6 vil ta imot isstykkene som støter mot konstruksjonen og som beskrevet, bevirke at disse får bøynings-svikt . In deeper water, large ice masses such as iceberg 22 will extend a considerable distance below the surface of the water. When they therefore move in relation to and into contact with the structure 15, the edge part of the rock 22 will be received by the wall of the lower part 4 and lifted along the surface 14 causing the iceberg to fail in bending. When the iceberg is lifted along the surface 14, it breaks up into blocks of ice which tend to slide down under the ice floe which moves forward behind the mountain, the blocks of ice then being swept laterally around the structure. The surface 16 of the upper part 6 will receive the pieces of ice that collide with the structure and, as described, cause them to fail in bending.

Hvis konstruksjonen hadde befunnet seg i forholdsvis grunnt vann, ville den nedre kjegleformede del 4 ta imot og bryte opp isflak og mindre isfjell som støter mot konstruksjonene. Den eneste kraft som påføres den øvre del 6, ville være den som følger med glidning opp av stykker av isflak på overflaten 16. If the structure had been in relatively shallow water, the lower cone-shaped part 4 would receive and break up ice floes and smaller icebergs that collide with the structures. The only force applied to the upper part 6 would be that accompanying the sliding up of pieces of ice flakes on the surface 16.

For å understøtte bevegelsen av is i forhold til og over den ytre overflate av den øvre del 6 og av den nedre del 4 To support the movement of ice in relation to and over the outer surface of the upper part 6 and of the lower part 4

av konstruksjonen og for å hindre at de oppover glidende isstykker skal fryse fast på disse overflater, må det benyttes passende fastfrysningshindringsapparater. Fremgangsmåten for å hindre fastfrysning inkluderer oppvarming av de ytre overflater 14 og 16 av konstruksjonen som beskrevet i U.S. patent 3.831.385 eller be-legging av overflatene med et materiale som reduserer isens add-hesjon, som beskrevet i U.S.patent 3.972.199. of the structure and to prevent the ice pieces sliding upwards from freezing on these surfaces, suitable anti-freezing devices must be used. The method of preventing freezing includes heating the outer surfaces 14 and 16 of the structure as described in U.S. Pat. patent 3,831,385 or coating the surfaces with a material that reduces ice adhesion, as described in U.S. patent 3,972,199.

Hellningsvinkelen for veggene på den nedre del 4 og The angle of inclination of the walls of the lower part 4 and

på den øvre del 6 av konstruksjonen er antydet ved ct^ hhv. o^. Disse to vinkler er spisse vinkler som må være tilstrekkelig steile til å bevirke bøyningssvikt av en ismasse. Verdien av må være tilstrekkelig liten til at den kraft som følger med bøy-ningssvikten for en stor ismasse, blir redusert til et minimum. Imidlertid må verdien av ikke være for liten, fordi bunnen av on the upper part 6 of the construction is indicated by ct^ respectively. o^. These two angles are acute angles which must be sufficiently steep to cause flexural failure of an ice mass. The value of must be sufficiently small that the force accompanying the bending failure for a large mass of ice is reduced to a minimum. However, the value of must not be too small, because the bottom of

konstruksjonen da ville være for stor og gjøre omkostningene ved konstruksjonen økonomisk hindrende for denne. Verdien av er tilstrekkelig stor, slik at overflatearealet av konstruksjonen over vannlinjen blir gjort til et minimum, men ikke så stor at den bevirker at et motstøtende isflak svikter ved kompresjon i stedet for ved bøyning. I de fleste flervinklede kjegleformede konstruksjoner kan og a_ befinne seg mellom ca. 15° og 25° hhv. 26° til 7 0° fra horisontalen. Det foretrukne området for ligger mellom ca. 19° og 23° fra horisontalen og det foretrukne området for a- ligger mellom ca. 54° og 58°. Den foretrukne vinkel for og a 2 er hhv. vesentlig avhengig av tre faktorer, nemlig det område av vanndybde, hvor konstruksjonen skal befinne seg, den ventede dimensjon av isflak og isfjell i disse farvann, the construction would then be too large and make the costs of the construction financially prohibitive for this. The value of is sufficiently large so that the surface area of the structure above the waterline is minimized, but not so large as to cause an impinging ice floe to fail in compression rather than in bending. In most multi-angled cone-shaped constructions and a_ can be between approx. 15° and 25° respectively. 26° to 7 0° from the horizontal. The preferred area for lies between approx. 19° and 23° from the horizontal and the preferred range for a- lies between approx. 54° and 58°. The preferred angle for and a 2 is respectively essentially dependent on three factors, namely the area of water depth where the structure is to be located, the expected size of ice floes and icebergs in these waters,

havbunnens egenskaper, på hvilken konstruksjonen skal bæres. Hvis derfor en konstruksjon som har en trinnlignende seksjon, skal be-tjenes på forholdsvis dypere vann utenfor det nordlige Alaska, er den foretrukne vinkel for ca. 21° fra horisontalen og den foretrukne vinkel for er ca. 56° fra horisontalen. the properties of the seabed, on which the structure is to be supported. If, therefore, a construction which has a step-like section is to be operated in relatively deeper water outside northern Alaska, the preferred angle for approx. 21° from the horizontal and the preferred angle for is approx. 56° from the horizontal.

Som vist på fig. 1 er halsdelen 8 av konstruksjonen som har en sylindrisk form, koaksialt anbragt på toppen av og ligger vertikalt an mot den øvre del 6 og løfter arbeidsplattformen 10 over vannets 30 overflate til en høyde som er tilstrekkelig til å unngå kontakt med de isflakstykker som glir oppover konstruksjonen. As shown in fig. 1, the neck part 8 of the structure, which has a cylindrical shape, is coaxially placed on top of and abuts vertically against the upper part 6 and lifts the working platform 10 above the surface of the water 30 to a height which is sufficient to avoid contact with the pieces of ice that slide upwards construction.

Mens det er tatt i betraktning at konstruksjonen 15 vil bli slept til borestedet i en fullstendig sammensatt tilstand uten at noen tilleggskonstruksjon på stedet skal være nødvendig, vil det helt sikkert være mulig og kanskje ønskelig å slepe indi-viduelle seksjoner av konstruksjonen fra deres fremstillings-plass til borestedet for sammensetning. For eksempel kunne bunndelen 2 bringes til borestedet og anbringes på havbunnen 12. Den nedre del 4 kunne deretter bringes til borestedet og anbringes i anleggsforhold på toppen av og forenet ved hjelp av egnede organer med bunndelen 2. På lignende måte ville den øvre del 6 bli brakt til borestedet og anordnet på toppen av den nedre del 4 og forenet med denne del. På lignende måte kunne de øvrige komponenter av konstruksjonen settes sammen på borestedet. While it is contemplated that the structure 15 will be towed to the drilling site in a fully assembled state without any additional on-site construction being necessary, it would certainly be possible and perhaps desirable to tow individual sections of the structure from their manufacturing space for the drilling site for assembly. For example, the bottom part 2 could be brought to the drilling site and placed on the seabed 12. The lower part 4 could then be brought to the drilling site and placed in installation conditions on top of and united by means of suitable means with the bottom part 2. In a similar way, the upper part 6 would be brought to the drilling site and arranged on top of the lower part 4 and united with this part. In a similar way, the other components of the structure could be assembled at the drilling site.

Fordelene ved det som her er beskrevet kan også oppnås ved mindre variasjoner i utformningen av konstruksjonen, hvor den rampelignende ytre overflate av konstruksjonen har en multi-kjeglegeometri av mer enn to kjegelformede seksjoner eller en geometri som omfatter to, avtrappede, kontinuerlig buede overflater såsom deler av hyperboloider som omdreining. The advantages of what is described here can also be achieved by minor variations in the design of the structure, where the ramp-like outer surface of the structure has a multi-cone geometry of more than two cone-shaped sections or a geometry comprising two, stepped, continuously curved surfaces such as parts of hyperboloids as revolution.

Claims

1. Bottom-resting offshore structure for use in waters containing masses of ice, where the structure has a ramp-like surface for protection against masses of ice that move in relation to and in contact with the structure, grade i-

characterized in that the ramp-like surface is provided by a lower part (4) having a peripheral wall (14) which converges upwards and inwards to form a first truncated conical part, and an upper part (6) carried on the lower part ( 4) and having a peripheral wall (16) converging upwards and inwards at a greater slope than the peripheral wall (14) of the lower part (4) to form a second truncated conical part and having a base dimensioned to be smaller in diameter than the top of the lower part (4) to provide a step (200) between the peripheral wall of the upper and lower part, the angle of inclination to the horizontal of the wall (14) of the lower part (4) being between 15° and 25° and the angle of inclination to the horizontal for the wall (16) of the upper part (6) is between 26° and 70°.

2. Construction according to claim 1, characterized in that the angle of inclination to the horizontal for the wall (14) of the lower part (4) is between about 19° and 23° and the angle of inclination to the horizontal for the wall (16) of the upper part (6) is between 54° and 58°.

3. Construction according to claim 2, characterized in that the angle of inclination to the horizontal for the wall (14) of the lower part (4) is 21° and the angle of inclination to the horizontal for the wall (16) of the upper part (6) is 5 6°.

4. Construction according to claim 3, characterized by a bottom part (2) in the form of a truncated cone with the top diameter of the bottom part substantially equal to the bottom diameter of the lower part (4).

5. Construction according to one of the preceding claims, characterized in that a cylindrical neck part (8) is placed coaxially on top of the upper part (6) to support a work platform (10) above the water surface.