NO155061B - Ettergivende pelsystem for understoettelse av den vertikale vekt til en offshore konstruksjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et ettergivende pelsystem for understøttelse av den vertikale vekt til en off-shorekonstruksjon av den type som strekker seg mellom sjøbunn-en og vannoverflaten, eksempelvis en bardunavstivet tårnkonstruksjon som har en hovedfagverksdel som strekker seg mellom sjøbunn-en og vannoverflaten og et antall barduner som strekker seg mellom hovedfagverksdelen og sjøbunnen for å holde hovedfagverksdelen i en vertikal stilling, idet systemet innbefatter minst en pelkappe som strekker seg mellom øvre og nedre punkt på offshore-konstruksjonen, samt et pelelement som er drevet ned i sjøbunnen og bare med sin øvre ende er festet til pelkappen, ved dennes øvre ende.

Nye offshore-konstruksjoner er i den senere tid blitt foreslått for utvinning av hydrokarboner fra marine av-leiringer, som ligger under store vanndybder. En slik offshore-konstruksjon er en ettergivende plattform kjent som "bardunavstivet tårn". Prinsipielt er et bardunavstivet tårn en fagverkskonstruksjon med jevnt tverrsnitt som hviler på sjøbunnen og som utstrekker seg oppover til et dekk som er understøttet over vannoverflaten. Konstruksjonen holdes opp-rettstående av et antall føringsliner, som er avstandsplassert rundt fagverkskonstruksjonen. Konstruksjonen er "ettergivende", f. eks. kan den skråstilles som reaksjon på overflatebøl-ger eller vindkrefter og danner derved treghetskrefter som motvirker de utøvede krefter. Disse motvirkende krefter hjel-per til å redusere de totale krefter som overføres til platt-formens oppspenninger.

Mens forskjellige geometriske tverrsnitt kan benyttes, vil hovedfagverket til en typisk bardunavstivet tårnkonstruksjon vanligvis ha fire, likt avstandsplasserte ben som er forbundet til hverandre med konvensjonelle trekantanordnede avstivningselementer.

Tidligere foreslåtte bardunavstivede tårn har vært basert på enten en fagverksforsterket skallfundamentering, betegnet som "spud can", eller peler for å feste konstruksjonen på plass og, mer viktig, for å bære netto vertikalvekten for konstruksjonen. "Spud can"-konstruksjonen gir et dreie-punkt for vipping av konstruksjonen. Da konstruksjonen hviler direkte på sjøbunnen, kan dette element tjene primært til overføring av aksialbelastningen til sjøbunnen i lagrings-kapasitet. Peler vil på den annen side utstrekke seg fra forbindelsen av pelene til plattformen (betegnet som "pelplatt-form"-forbindelsen) gjennom pelføringene som er avstandsplassert langs lengden av konstruksjonen og ned i sjøbunnen. Peler understøtter konstruksjonen ved overføring av aksialbelastning såvel som skjærbelastning til sjøbunnen.

Pelsystemer krever vanligvis flere pelelementer, som på grunn av det tilgjengelige ran nødvendiggjør plasseringen av noen eller alle hovedpeler eksentrisk til vippeak-sen for konstruksjonen. På grunn av denne eksentrisitet vil svinge- eller vippebevegelser for det ettergivende bardunavstivede tårn utøve avbøyninger ved pelplattformforbindelsen (betegnet som "pelhode"-avbøyninger) som resulterer i vesent-lige økninger i aksialkrefter som utøves på pelene. Når ak-sialkreftene på grunn av pelhodeavbøyninger tilføyes til ak-sialbelastningene i pelene på grunn av vekten fra konstruksjonen, dekk etc, vil de totale aksiale belastninger som utøves på pelene bli meget store.

Da videre disse peler kan utstrekke seg fra sjø-bunnen til overflaten, kan de passere gjennom den såkalte "bølgesone". Dette er sonen i vannet ved og under overflaten som påvirkes av tilstedeværelsen av overflatebølger. Hver av pelene danner en trekkflate mot hvilken bølgene virker, og derved øker de omdreiende krefter som utøves på det bardunavstivede tårn. Følgelig kan det være ønskelig å redusere såvel de aksiale belastninger på pelene som trekkflatene som frilegges i bølgesonen.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter et pelsystem

for en bardunavstivet tårnkonstruksjon som reduserer bidragene til de aksielle belastninger i hver av pelelementene på grunn av pelhodeavbøyninger uten vesentlig å påvirke ettergivenheten for selve det bardunavstivede tårn.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor et ettergivende pelsystem som nevnt innledningsvis, hvilket pelsystem er kjennetegnet ved at pelkappen er festet til offshore-konstruksjonen utelukkende i ett punkt. På denne måten vil pelsystemet få en last/forlengelses-karakteristikk som vil være ekvivalent med summen av dets individuelle elementer. Fordi elementene (pelkappe og pelelement) ligger i hverandre, oppnår man en meget kortere lengde enn dersom man skulle benytte en enkelt-element-pel med ekvivalente egenskaper. Dette medfører store fordeler, fordi en enkelt pel opp fra havbunnen og til den ønskede plattformforbind-else ville bli altfor stiv.

Ved en første utførelse av oppfinnelsen består pelkappen av 1, 3 eller et annet ulike antall konsentrisk plasserte hylser. Pelkappen utstrekker seg fra et første punkt på hovedfagverket til det bardunavstivede tårn til et andre punkt på hovedfagyerket, som ligger over det første punkt. Pelkappen har sin ytterste hylse festet til hovedfagyerket ved bare det første punkt, dvs. bare den nedre ende av den ytterste hylse er festet til hovedfagverket. Pelkappen er fri til å kunne beveges aksielt i forhold til de avstandsplasserte før-inger som er festet ved forutbestemte steder langs hovedfagverket. Pelelementet er ført gjennom pelkappen og tvinges nedover til et punkt i sjøbunnen. Pelelementet ender hosliggende det andre punkt eller den øvre ende av pelkappen og er festet bare til den innerste hylse på pelkappen ved den øvre ende av denne. Hvis et ulike antall hylser annet enn én er benyttet i pelkappen, blir hylsene festet til hverandre alter-nativt ved deres øvre og nedre ender respektivt, slik det be-skrives mer detaljert nedenfor.

Ved en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse består pelkappen av 2, 4 eller et annet likt antall konsentrisk monterte hylser. Igjen utstrekker pelkappen seg fra et første punkt på hovedfagverket til et andre punkt på hovedfagverket som ligger over det første punkt. Pelkappen har sin ytterste hylse festet til hovedfagverket ved bare det andre punkt, dvs. bare den øvre ende av den ytterste hylse er festet til hovedfagverket. Pelkappen kan fritt bevege seg aksielt i forhold til de avstandsplasserte føringer som er festet ved forutbestemte steder langs hovedfagverket. Pelelementet, som er ført gjennom pelkappen og er tvunget inn i den marine sjøbunn, er festet bare ved den øvre ende av den innerste hylse av pelkappen ved den øvre ende derav. De konsentriske hylser i pelkappen er festet til hverandre alterna-tivt ved deres øvre og nedre ender respektivt, slik det blir beskrivet i detalj nedenfor.

Ved utforming av hvert pelelement, som beskrevet, fremgår det at det foreliggende pelsystem understøtter den vertikale vekt til det bardunaystivede tårn, mens det samti-dig reduserer dannelsen av aksiale belastninger som utøves på et enkelt pelelement på grunn av pelhodeavbøyninger. En reduksjon i aksialbelastning krever også mindre pelinntreng-ning i sjøbunnen og reduserer også de sykliske belastnings-nivåer i pelen og reduserer derved dets følsomhet for trett-hetsproBlemer. I tillegg tillater foreliggende oppfinnelse plasseringen av pelkappene utenfor bølgesonen, slik det det derved reduseres i betydelig grad bølge- og strømbelastninge-ne på konstruksjonen.

Oppfinnelsen er i det følgende nærmere forklart

ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningene, hvor like deler er gitt like henvisningstall. Tegningene viser: fig. IA et oppriss av et installert bardunavstivet tårn i samsvar med foreliggende oppfinnelse,

fig. IB et annet riss av et installert bardunavstivet tårn ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 et snitt tatt langs linjen 2 - 2 på fig.

IA,

fig. 3 et oppriss, delvis i snitt, av en første utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 4 et delsnitt av den andre utførelse av oppfinnelse .

Idet det vises spesielt til tegningenes fig. IA og IB, er det beskrevet en bardunavstivet tårnkonstruksjon 10

som er installert til sjøs, hvorved vannet er betegnet med 11. Som illustrert omfatter det bardunavstivede tårn 10 en hoved-fagverksseksjon 12 med fire likt avstandsplasserte ben 13 (fig. 2), som er forbundet ved hjelp av vanlige forsterknings-deler 14.

Dekket 17 er montert på den øvre ende av fagverket 12 og benyttes for gjennomføring av bore- og produksjonsope-rasjoner fra den bardunavstivede tårnkonstruksjon 10. Et antall føringsliner 18 (f. eks. 24 føringsliner, selv om bare to er vist) er symmetrisk avstandsplassert rundt fagverket 12. Hver føringsline 18 er festet til dekket 17 ved hjelp av kabelgripeinnretninger (ikke vist) og er ført nedover i fagverket 12 og rundt en lederull 19 på fagverket 12, som på sin side er plassert under flaten 20 for vannet 11. Hver førings-line 18 føres så utover fra fagverket 12 i en vinkel (f. eks. 30° - 60° fra vertikalplanet) til de leddede klumpvekter 21 på sjøbunnen 16. Horisontale forankringsliner 22 benyttes for å forbinde klump<y>ektene 21 til forankringspeler 23 eller lignende. Føringslinene 18 tjener til å holde fagverket 12

i vertikal stilling og virker for å føre tilbake fagverket 12 til en vertikal stilling hver gang fagverket vippes av vind, bølge- eller strømpåvirkninger. Et antall (f. eks. 24) brønn-ledere 24 (bare vist på fig. 2) er ført gjennom fagverket 12 og, slik det vil forstås av fagmannen, utstrekker disse seg fra dekket 17 til sjøbunnen 16, gjennom hvilke brønner kan bores og fullføres.

Konstruksjonen som er beskrevet til dette punkt er av kjent type for bardunavstivede tårn. For en mer fullsten-dig beskrivelse av konstruksjonen og driftsegenskapene for et slikt bardunavstivet tårn kan det vises til følgende artikler: 1) "A New Deepwater Offshore Platform - The Guyed Tower", L.D. Finn, Paper Number OTC 2688, fremlagt på "the Offshore Technology Conference", Houston, Texas, 3.- 6. mai 1976, og 2) "A Guyed Tower for North Sea Production", L.D. Finn og G.G. Thomas, Paper T-ll/5, fremlagt ved "Offshore North Sea Technology Conference and Exhibition", Stavanger, Norge, 26. - 29. august 1980.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er et ettergivende pelsystem 30 (fig. 3) anordnet for understøttelse av den vertikale vekt for tårnet 10. Det skal anføres at av oversiktsgrunner er på figurene systemet 30 og dets forskjellige komponenter ikke nødvendigvis vist i riktig målestokk i forhold til den andre konstruksjon av tårnet 10, men kan være noe overdrevet for bedre å illustrere detaljene i foreliggende oppfinnelse.

Systemet 30 består av et antall pelelementer 31. Selv om det ay oversiktsgrunner bare er yist fire pelelementer 31 (fig. 2), skal det forstås at det nøyaktige antall pelelementer kan variere med de parametre som er innbefattet i den aktuelle anvendelse for tårnet 10, f. eks. vanndybde, foryentet bølgehøyde, vind og strøm, sjøbunnbetingelser, størrelse for tårnet 10 etc. Hvert pelelement 31 består av to komponenter, f. eks. en pelkappe og en peldel.

Ved den utførelse som er vist på fig. IA - 3 be^ står pelelementet 31 av en pelkappe 32 med peldelen 34 (vist med stiplede linjer på fig. 1) plassert deri. Pelkappen 32 består av et ulike antall (1 som vist) av konsentriske hylser 37 (fig. 3 i og er plassert gjennom innrettede pelføringer 35. Føringene 35 er festet til avstrvningsdelene 14 på fagverket

12. Hver pelkappe 32 utstrekker seg fra et første punkt 29

på fagverket 12 til et andre punkt 35c (fig. IA og IB) på fagverket 12.

På fig. IA er pelkappen vist forløpende fra et første punkt 29 ved eller nær den nedre ende av fagverket 12 til et andre punkt 35c, som ligger under vannsonen 40 (fig. IB). Bølgesonen 40 er den vannsone under flaten 20 som påvirkes av overflatebølgebetingelser. Dette er det foretrukke-de sted for pelkappen, da den er fjernet fra bølgesonen og således for de krefter som er forbundet med overflatebølger som vil være minimalisert.

Som vist på fig. IB kan pelkappen være plassert i den øvre ende av fagverket 12. Selvfølgelig kan pelkappen være plassert ved ethvert sted langs lengden til fagverket. Det nøyaktige sted som pelkappen 32 er plassert på fagverket 12 vil bli bestemt av de aktuelle betingelser ved hver spesi-ell anvendelse for tårnet 10. I alle tilfeller vil, hvis pelkappen 32 omfatter et ulike antall konsentriske hylser 37, den ytterste hylse være festet til fagverket 12 bare ved det første punkt 29 og således vil den fritt kunne bevege seg aksielt i forhold til pelføringene 35 på fagverket 12. Peldelen 34 passerer gjennom pelkappen 32 og drives eller tvinges på annen måte ned i sjøbunnen 16 til en forutbestemt dyb-de under installasjon av tårnet 10. Peldelen 34 blir så festet bare ved sin øvre ende 38 til den øvre ende av hylsen 37 ved syeising eller lignende.

Ved utformingen av hvert pelelement 31 med en peldel 34 og en pelkappe 32 og forbinding ay disse to som beskrevet ovenfor, yil pelelementet 31 virke som en enkelt pel med kontinuerlig lengde. M.a.o. ved således å doble pelen tilbake langs dens egen lengde, vil den effektive lengde for pelen økes, og den aksielle stivhet for pelelementet bli -vesentlig redusert. Denne reduksjon i aksial stivhet vil ikke bare redusere de ekstra aksiale belastninger som utøves på hvert pelelement 31 på grunn av svingebeveglsen for tårnet 10, men vil også redusere motstanden mot disse svingebevegelser.

I tillegg, hvis pelelementene ender under bølgesonen 40,

som vist på fig. IA, vil antall konstruksjonselementer som er frilagt for strøm- og bølgekrefter i denne sone bli redusert, slik at man derved reduserer den horisontale belastning som utøves på konstruksjonen.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 4, hvor pelkappen 32a består av et likt antall (to er vist) konsentriske hylser 37a, 37b, i motsetning til et ulike antall hylser, som beskrevet ovenfor. Den indre hylse 37b er plassert i den ytre hylse 37a med bare deres nedre ender forbundet til hverandre ved sveising 41 eller lignende, som vist på fig. 4. Pelkappen 32a passerer gjennom pelføringen 35a, som er festet til fagverksavstivningsdelen 36a på fagverket 12 og gjennom andre innrettede pelføringer 35 (som gene-relt vist på fig. 3), som er avstandsplassert langs fagverket 12. Hvis et likt antall hylser blir benyttet, er pelkappen 32a festet bare ved et punkt til fagverket 12, og dette ér ved den øvre ende eller ved det andre punkt 35c på fagverket 12 ved sveising eller lignende. Fortrinnsvis ligger dette andre punkt under bølgesonen for å redusere horisontalkrefter.

Pelen 34a passerer gjennom den indre hylse 37b på pelkappen 32a og tvinges ned i sjøbunnen 16, tilsvarende pelen 34, som diskutert ved den tidligere utførelse. Pelen 34a festes bare ved sin øvre ende til den øvre ende av den indre hylse 37b ved syeising 42 eller lignende. Ved innbyrdes å forbinde hylsene ved de alternerende ender, som beskrevet, vil den effektive lengde for pelelementet økes, mens dets aksielle stivhet reduseres.

Det skal forstås at mer enn to hylser kan benyttes for dannelsen av en pelkappe i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Det betyr ved den første utførelse et ulikt antall (f. eks. 3) hylser kan bli benyttet, og pelelementet festes ved sin øvre ende til toppen av den innerste hylse. Den nedre ende ay den innerste hylse festes til den nedre ende av mellomhylsen. Den øvre ende på mellomhylsen festes til den øvre ende på en ytre hylse, og den nedre ende av den ytre hylse festes til den nedre ende på fagverket 12. Likeledes kan ved den andre utførelse et likt antall (f. eks. 4) hylser mer enn to bli benyttet for dannelsen av pelkappen. Igjen er peldelene festet ved deres øvre ender til den øvre ende på den innerste hylse, og hylsene blir forbundet alternerende ved deres respektive ender, med den øvre ende til den ytterste hylse festet til fagverket 12.

Det skal også anføres at alle hylsene ikke behøver å ha samme lengde. Det er bare nødvendig at en forbindelse tilveiebringes mellom de alternerende ender på hosliggende hylser, noe som tillater en egnet reduksjon i aksial stivhet for pelen. Med andre ord behøver forbindelsen ikke bare tilveiebringes ved de nærmeste ender av hylsene. En eller flere hylser kan utstrekke seg utover forbindelsen, som vist på fig. 4.

Det skal også forstås at oppfinnelsen kan benyttes på en offshore-konstruksjon som ikke utstrekker seg over vann-flaten (f. eks. en neddykket konstruksjon) med et pelsystem for å forankre konstruksjonen til sjøbunnen).

Claims (6)

1. Ettergivende pelsystem for understøttelse av den vertikale vekt til en offshore-konstruksjon av den type som strekker seg mellom sjøbunnen (16) og vannoverflaten (20), eksempelvis en bardunavstivet tårnkonstruksjon (10) som har en hovedfagverksdel (12) som strekker seg mellom sjøbunnen og vannoverflaten og et antall barduner (18) som strekker seg mellom hovedfagverksdelen (12) og sjøbunnen (16) for å holde hovedfagverksdelen i en vertikal stilling, idet systemet innbefatter minst en pelkappe (32) som strekker seg mellom øvre og nedre punkt på offshore-konstruksjonen (10), samt et pelelement (34) som er drevet ned i sjøbunnen og bare med sin øvre ende er festet til pelkappen (32), ved dennes øvre ende (35c), karakterisert ved at pelkappen (32) er festet til off-shorekonstruksjonen (10) utelukkende i ett punkt.

2. Ettergivende pelsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at pelkappens øvre ende (35c) ligger under bølgesonen for vannet.

Ettergivende pelsystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pelkappen (32) innbefatter en hylse (37) som bare ved sin nedre ende (29) er festet til offshore-konstruksjonen .

4. Ettergivende pelsystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pelkappen (32a) innbefatter en indre hylse (37b) som er konsentrisk plassert rundt pelelementet (34a) og ved sin øvre ende (42) er festet til den øvre ende av pelelementet (34a), og en ytre hylse (37a) som er konsentrisk plassert rundt den indre hylse (37b), hvilken hylse (37a) har sin nedre ende (41) festet bare til den nærliggende nedre ende av den indre hylsen (37b) og bare med sin øvre ende er festet til offshore-konstruksjonen (12,14).

5. Ettergivende pelsystem ifølge krav 1,3 eller 4, karakterisert ved at det innbefatter et antall innrettede, vertikalt avstandsplasserte føringsinnretninger (35) som er festet til offshore-konstruksjonen (12,14) ved punkter liggende mellom endene til pelkappen (32), idet pelkappen (32) passerer gjennom føringene (35) og dermed har mulighet for relativ aksial bevegelse i forhold dertil.

6. Ettergivende pelsystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at pelsystemet omfatter et antall avstandsplasserte peler (31).