NO156335B

NO156335B - RESPONSIBLE CORE PIPES.

Info

Publication number: NO156335B
Application number: NO851078A
Authority: NO
Inventors: Alf Erik Hasle
Original assignee: Alf Erik Hasle
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1987-05-25
Also published as: NO851078L; NO156335C

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et fundamenteringssystem for feste av en offshore-konstruksjon, og mer spesielt vedrører oppfinnelsen en ettergivende kjerne-konstruksjon for festing eller sikring av et oppdriftstårn og eventuelt et bardunavstivet tårn og understøttelse av dennes vertikalvekt når konstruksjonen plasseres til sjøs. The present invention relates to a foundation system for attaching an offshore construction, and more particularly the invention relates to a yielding core construction for attaching or securing a buoyancy tower and possibly a bardun braced tower and supporting its vertical weight when the construction is placed at sea.

Nye offshore konstruksjoner er i den senere tid blitt foreslått for utvinning av hydrokarboner fra marine avleiringer som ligger under store vanndyp. En slik offshore-konstruksjon er en ettergivende plattform, kjent som "oppdrifts tårn" og alternativt "bardunavstivet tårn". Plattformene holdes opprettstående av oppdriftskrefter og eventuelt skråstilte barduner som er forsynt med klumpvekter hvilende på havbunnen for det meste av tiden, men som hever seg ved ekstremt store linekrefter for derved og gi etter for kreftene uten å overbelaste forankringssystemet. Konstruksjonens dynamiske egenskaper blir derved av en slik art at treghetskreftene motsetter seg miljøkreftene som derved reduserer de dynamiske utsvingene fra bølgenes kraftvirkning og også kreftene i et eventuelt forankringssystem. New offshore constructions have recently been proposed for the extraction of hydrocarbons from marine deposits located under great water depths. Such an offshore construction is a yielding platform, known as a "buoyancy tower" and alternatively a "bardun braced tower". The platforms are held upright by buoyancy forces and possibly inclined bar dunes which are equipped with lump weights resting on the seabed for most of the time, but which rise with extremely large line forces thereby yielding to the forces without overloading the anchoring system. The dynamic properties of the construction are thereby of such a nature that the forces of inertia oppose the environmental forces, which thereby reduce the dynamic fluctuations from the force of the waves and also the forces in any anchoring system.

Eksisterende og kjente konstruksjonsløsninger består i at en gruppe peler, som oftest plassert i en ring, strekker seg fra langt under havbunnen til toppen av tårnkonstruksjonen og blir støttet for sideveis utknekking av peleføringer som er integrert i konstruksjonens horisontale avstivningssystem. Konstruksjonen virker som et stivt legeme mellom omdreiningspunktet ved havbunnen, eller like over denne, og dekket, noe som medfører at det meste av bøyedeformasjonen må tas opp i området rundt havbunnen. I tillegg til lokal bøyning av pelene vil det generelle utsvinget av tårnkonstruksjonen føre til aksielle tilleggskrefter i pelene. Pelene vil normalt være plassert eksentrisk i forhold til vertikal senterlinje på grunn av plasshensyn. Det aksielle spenningsnivået er en funksjon av pelenes lengde og rotasjonsvinkelen ved peleforbindelsen til tårnkonstruksjonen. Karakteristisk for denne type konstruksjoner er at pelene har minimal innvirkning på plattformens totale utsving og må derfor utformes for å absorbere de påtvungene deformasjoner. Det aksielle spenningsproblemet som funksjon av utsving er utførlig behandlet i US Patent 4378179 Mars 29,1983 og optimalisering av lokal bøyepåkjenning av pelene ved riktig valg av tårnets rotasjonssenter er skissert i publikasjonen "Offshore Engineer" ,sept 1983. Existing and known construction solutions consist of a group of piles, which are usually placed in a ring, extending from far below the seabed to the top of the tower structure and are supported for lateral buckling by pile guides that are integrated into the construction's horizontal bracing system. The construction acts as a rigid body between the pivot point at the seabed, or just above it, and the deck, which means that most of the bending deformation must be taken up in the area around the seabed. In addition to local bending of the piles, the general deflection of the tower structure will lead to additional axial forces in the piles. The piles will normally be placed eccentrically in relation to the vertical center line due to space considerations. The axial stress level is a function of the length of the piles and the angle of rotation at the pile connection to the tower structure. Characteristic of this type of construction is that the piles have a minimal effect on the platform's total fluctuation and must therefore be designed to absorb the forced deformations. The axial tension problem as a function of deflection is dealt with in detail in US Patent 4378179 March 29, 1983 and optimization of local bending stress of the piles by the correct choice of the tower's rotation center is outlined in the publication "Offshore Engineer", September 1983.

Foreliggende oppfinnelse, som beskrevet i krav 1, består The present invention, as described in claim 1, consists

i at pelehylseføringene og pelehylsene festes til en ettergivende kjernekonstruksjon bestående av et rør som er stivt forbundet til tårnkonstruks jonen i nedre, ende og stivt forankret i øvre ende slik at røret kan bøyedeformeres vesentlig mer enn tårnkonstruksjonen. Dette vil da medføre at rotasjonsvinkelen av pelehylseinnfestingen reduseres i forhold til tårnrotasjonen som da gir tilsvarende reduksjon av tvangsspenningene i pelene. Ved innføring av kjernerøret vil også muligheten av optimal plassering av pelehylseføringene forenkles i og med at disse gjøres uavhengig av den horisontale avstivningen. Kjernerøret kan være væskefylt eventuelt tomt avhengig av krav til ballast eller oppdrift. in that the pile sleeve guides and the pile sleeves are attached to a yielding core construction consisting of a pipe which is rigidly connected to the tower construction at the lower end and rigidly anchored at the upper end so that the pipe can be bent and deformed significantly more than the tower construction. This will then mean that the angle of rotation of the pile sleeve attachment is reduced in relation to the tower rotation, which then results in a corresponding reduction of the forced stresses in the piles. When introducing the core pipe, the possibility of optimal placement of the pile sleeve guides will also be simplified as these are done independently of the horizontal bracing. The core tube can be liquid-filled or empty depending on requirements for ballast or buoyancy.

Fordelene ved å ta i bruk nevnte oppfinnelse er først og frenst at de påtvungende spenninger i pelesystemet p.g.a. plattformbevegelcene reduseres hvilket fører til økt levetid og større netto lastkapåsitet av pelene. Beregninger viser en reduksjon i rotasjonsvinkelen av The advantages of using the aforementioned invention are first and foremost that the imposed stresses in the pile system due to the platform movements are reduced, which leads to an increased lifetime and greater net load capacity of the piles. Calculations show a reduction in the angle of rotation of

nedre forbindelse på opptil 30%. lower connection of up to 30%.

Oppfinnelsen er i det følgende nærmere forklart ved hjelp av>utførelseseksempler som er fremstilt på tegningene, der like deler er gitt like henvisningstall. Tegningene viser: In the following, the invention is explained in more detail with the help of exemplary embodiments shown in the drawings, where like parts are given like reference numbers. The drawings show:

Figur 1. Oppriss av plattform som viser arrangement Figure 1. Plan of platform showing arrangement

av konstruksjonselementene og den nye oppfinnelsen. of the construction elements and the new invention.

Figur 2. Samme som figur 1. i annen utførelse Figure 2. Same as Figure 1. in a different design

Figur 3. Samme som figur 1. i annen utførelse Figure 3. Same as Figure 1. in a different design

Figur 4. Samme som figur 1. i annen utførelse Figure 4. Same as Figure 1. in a different design

Figur 5. Infesting av kjernerør, øvre ende Figure 5. Infestation of core tube, upper end

Figur 6. Alternativ infesting av kjernerør, nedre ende Figur 7. Snitt gjennom konstruksjonen, linje I-l fig.l Figur 8. Snitt gjennom konstruksjonen, linje II-II fig.l Figure 6. Alternative attachment of core tube, lower end Figure 7. Section through the construction, line I-l fig.l Figure 8. Section through the construction, line II-II fig.l

Idet det vises til figur 1, figur 2, figur 3 og figur 4 er det beskrevet en tårnkonstruksjon 10 i stål som er installert til sjøs, hvorved vannflaten er betegnet 11 og havbunnen 12. Figuren viser bare en side av konstruksjonen som i virkeligheten er tredimensjonal. Som illustrert omfatter konstruksjonen en mengde konstruksjonselementer der hovedtårnet 10 består av vertikale bein 13 forbundet med diagonale stag 14 og horisontale stag 15 som tilsammen danner en stiv Referring to figure 1, figure 2, figure 3 and figure 4, a steel tower structure 10 installed at sea is described, whereby the water surface is denoted 11 and the seabed 12. The figure shows only one side of the structure which is in reality three-dimensional . As illustrated, the structure comprises a number of structural elements where the main tower 10 consists of vertical legs 13 connected by diagonal struts 14 and horizontal struts 15 which together form a rigid

konstruksjon. construction.

Dekket 16 er montert på den øvre ende av tårnet 10 og blir brukt til å utføre bore og produksjons operasjonene på tårnet 10. I tillfelle et bardunert tårn er en mengde barduner 17, som oftest mellom 4 og 30 barduner, plassert rundt konstruksjonen for derved og holde denne oppreist. Hver bardun 17 er festet til tårnet ved dekket 16 og ført nedover innenfor fagverkskonstruksjonen til kabelføringer 18 plassert omtrent 10 til 35 meter under havoverflaten. Fra kabelføringene går bardunene ut i et radielt mønster ca. 30 til 50 grader med vertikalen til kjedelignende klumpvekter 19. Klumpvektene er videre forbundet med en annen forankringkabel 20 til et peleanker 21 plassert lengere ifra plattformen. I tilfelle konstruksjonen er et oppdriftstårn vil konstruksjonens egen oppdrift sørge for å holde konstruksjonen oppreist. The deck 16 is mounted on the upper end of the tower 10 and is used to carry out the drilling and production operations on the tower 10. In the case of a bardune tower, a number of bardunes 17, usually between 4 and 30 bardunes, are placed around the construction thereby and keep this upright. Each bar dune 17 is attached to the tower at deck 16 and led down within the truss structure to cable guides 18 located approximately 10 to 35 meters below sea level. From the cable guides, the bar downs go out in a radial pattern approx. 30 to 50 degrees with the vertical to chain-like lump weights 19. The lump weights are further connected by another anchoring cable 20 to a pile anchor 21 placed further from the platform. If the construction is a buoyancy tower, the construction's own buoyancy will ensure that the construction is kept upright.

Selve fundamenteringen til sjøbunnen vil normalt utføres ved to forskjellige pelesystemer. Det ene systemet som overfører sidekrefter og vridningsmomenter består hovedsakelig av skjærpeler 27 som er rammet gjennom en fundamentkonstruksjon 26. Kraftoverføringen mellom fundamentkonstruksjonen og hovedtårnet foregår gjennom skjærpelehylsene 28 som kan gli fritt på pel 27 i vertikal retning , men som er fast forbundet til hovedtårnet 10. Det andre pelesystemet er det som overfører vertikale krefter til sjøbunnen 12 og som består av flere eksentrisk plasserte vertikale peler 22 som strekker seg fra langt under sjøbunnen 12 til den øvre ende 23 av pelehylsene 24. Pelehylsene 24 vil være støttet sideveis av pelehylseføringene 25 som normalt er fast forbundet til de horisontale stagene 15 og således være integrert i den stive tårnkonstruksjonen. Videre vil pelehylsene 24 normalt være stivt forbundet i nedre ende (ikke vist) til hovedfagverket bestående av de vertikale bein 13, diagonalene 14 og horisontalene 15. The actual foundation to the seabed will normally be carried out using two different pile systems. The one system that transmits lateral forces and torques mainly consists of shear piles 27 which are rammed through a foundation structure 26. The force transmission between the foundation structure and the main tower takes place through the shear pile sleeves 28 which can slide freely on the pile 27 in the vertical direction, but which are firmly connected to the main tower 10. The second pile system is the one that transfers vertical forces to the seabed 12 and which consists of several eccentrically placed vertical piles 22 that extend from far below the seabed 12 to the upper end 23 of the pile sleeves 24. The pile sleeves 24 will be supported laterally by the pile sleeve guides 25 as normal is firmly connected to the horizontal struts 15 and thus be integrated into the rigid tower construction. Furthermore, the pile sleeves 24 will normally be rigidly connected at the lower end (not shown) to the main framework consisting of the vertical legs 13, the diagonals 14 and the horizontals 15.

Konstruksjonen som er beskrevet til dette punkt er den av et kjent,typisk bardunert tårn. For en mer utførlig beskrivelse av denne type konstruksjon henvises det til følgende artikler: (1) "A New Deepwater Offshore Platform - The Guyed Tower", L.D.Finn Paper number OTC 2688, presentert ved Offshore Technology Conference , Houston, Texas, May 1976, og (2) "A Guyed Tower for North Sea Production", L.D.Finn and G.G.Thomas, Paper T-ll/5, presentert ved Offshore North Sea Technology Conference and Exhibition,Stavanger, Norge, Aug.26-29, 19E0, (3) "Exxon's guyed tower will be installed in July",Ocean Industry,April 1983. The construction described up to this point is that of a well-known, typical barduned tower. For a more detailed description of this type of construction, reference is made to the following articles: (1) "A New Deepwater Offshore Platform - The Guyed Tower", L.D.Finn Paper number OTC 2688, presented at the Offshore Technology Conference, Houston, Texas, May 1976, and (2) "A Guyed Tower for North Sea Production", L.D.Finn and G.G.Thomas, Paper T-ll/5, presented at the Offshore North Sea Technology Conference and Exhibition,Stavanger, Norway, Aug.26-29, 19E0, ( 3) "Exxon's guyed tower will be installed in July", Ocean Industry, April 1983.

Den nye oppfinnelsen innebærer en ettergivende kjernekonsruksjon 1 som ved det nedre endeparti 5 er sideveis stivt forbundet til hovedtårnet via horisontalstagene 3 og stivt forbundet til hovedfagverket i det øvre endeparti 4 både vertikalt ved diagonalene 31 og horisontalt ved horisontalstagene 30. Element 35 tilpasses kraftinnføringen i det øvre endeparti 4. Det er verdt å merke seg at målestokken på figurene er forskjellig i de to retningene, men er tegnet slik for klarhetens skyld. Pelehylsene 24 er forbundet til kjernerørets nedre endeparti 5 via diagonalstag 6 eventuelt skjærplater. I figur 5 og figur 6 er vist forskjellig utførelse av forbindelsene mellom pelehylse og kjernerør og kjernerør og hovedfagverk. Kjernerøret 1 kan bestå av flere ulike elementer for å tilpasse bøyeegenskapene optimalt i hvert enkelt tilfelle. På figur 1 er vist en utførelse der element 34 sørger for små tvangsspenninger i de horisontale stag 3. Nedre endeparti 5 har stor diameter for å gi en stivest mulig forbindelse til pelehylsene 2 4 for å oppnå gunstig spenningsbilde, det samme har øvre endeparti 4, men ikke nødvendigvis den samme diameter eller stivhet som nedre ende. Overgangselementene 7 og 9 er gjort koniske for å redusere diameteren på hovedrøret 8 for derved å oppnå gode bøyeegenskaper. Det er fordelaktig å smi eller støpe overgangselementene 7 og 9 for å oppnå lave spenningskonsentrasjoner i disse. The new invention involves a yielding core construction 1 which at the lower end part 5 is laterally rigidly connected to the main tower via the horizontal struts 3 and rigidly connected to the main truss in the upper end part 4 both vertically at the diagonals 31 and horizontally at the horizontal struts 30. Element 35 is adapted to the force input in the upper end portion 4. It is worth noting that the scale of the figures is different in the two directions, but is drawn that way for clarity. The pile sleeves 24 are connected to the lower end part 5 of the core tube via diagonal braces 6 or possibly shear plates. Figure 5 and Figure 6 show different versions of the connections between pile sleeve and core pipe and core pipe and main truss. The core tube 1 can consist of several different elements in order to adapt the bending properties optimally in each individual case. Figure 1 shows an embodiment where element 34 ensures small forced stresses in the horizontal struts 3. Lower end part 5 has a large diameter to provide the stiffest possible connection to the pile sleeves 2 4 to achieve a favorable stress pattern, the same has upper end part 4, but not necessarily the same diameter or stiffness as the lower end. The transition elements 7 and 9 are made conical in order to reduce the diameter of the main pipe 8 in order to thereby achieve good bending properties. It is advantageous to forge or cast the transition elements 7 and 9 in order to achieve low stress concentrations in them.

Sammenføyningspunktet 23 mellom peler 22 og pelehylser 24 er vist over vannflaten 11, men kan også befinne seg langt under denne som på figur 2 og figur 4. Figur 7 viser et snitt igjennom konstruksjonen mellom øvre endeparti 4 og nedre endeparti 5 der det tydelig fremgår at kjernerøret 1 ikke er forbundet til horisontalstagene 15. Figur 8 viser et snitt gjennom konstruksjonen i nedre endeparti 5 der pelehylsene 24 er stivt forbundet til kjernerøret 1. Begge snittene viser plassering av stigerørene 32. Figur 5 viser en alternativ utførelse av det øvre endeparti 4 der overgangselementet 9 er tenkt i smidd utførelse. Skjærpanelene 33 forbinder kjernerøret 1 til hovedtårnet 10. Figur 6 viser alternativ plassering av nedre støttepunkt 2 og horisontalstagene 3. The joining point 23 between piles 22 and pile sleeves 24 is shown above the water surface 11, but can also be far below this as in figure 2 and figure 4. Figure 7 shows a section through the construction between upper end part 4 and lower end part 5 where it is clearly evident that the core pipe 1 is not connected to the horizontal struts 15. Figure 8 shows a section through the construction in the lower end part 5 where the pile sleeves 24 are rigidly connected to the core pipe 1. Both sections show the location of the risers 32. Figure 5 shows an alternative design of the upper end part 4 where the transition element 9 is designed in a forged design. The shear panels 33 connect the core tube 1 to the main tower 10. Figure 6 shows alternative placement of the lower support point 2 and the horizontal struts 3.

På figurene er det kun vist at kjernerøret 1 avsluttes under vannoverflaten 11, men det kan ved flere andvendelser være gunstig å avslutte dette over vannoverflaten 11. In the figures, it is only shown that the core tube 1 terminates below the water surface 11, but it may be beneficial to terminate this above the water surface 11 in several other applications.

Kjernerørets 1 funksjon er først og fremst å redusere tvangsspenningene i peler 22 og pelehylser 24 for derved å øke netto lastoverføring mellom pelehylsene 2 4 og hovedfagverket 10 ved at pelehylseinnfestingen og nedre endeparti 5 av kjernerøret 1 bøyedeformeres lokalt i motsatt retning av tårnrotasjonen. Dette er gjort mulig ved at pelehylseføringene 25 er festet direkte på kjernerøret 1 ved rørelementene 29 istedet for å feste disse til horisontalstagene 15. Kjernerøret 1 med pelehylseføringer 25 og pelehylser 24 kan bevege seg fritt sideveis i forhold til hovedfagverket 10 mellom øvre og nedre innfesting. De mellomliggende horisontale avstivningsnivåer 15 er ikke forbundet til kjernekonstruksjonen. I tillegg til de rent strukturelle fordelene vil kjernerøret 1 virke som et oppdriftslegeme ved et bardunavstivet tårn, og eventuelt vil nedre del virke som ballasttank for et oppdriftstårn. The function of the core tube 1 is primarily to reduce the forced stresses in the piles 22 and pile sleeves 24, thereby increasing the net load transfer between the pile sleeves 2 4 and the main structure 10 by bending the pile sleeve attachment and the lower end part 5 of the core tube 1 locally in the opposite direction to the tower rotation. This is made possible by the fact that the pile sleeve guides 25 are attached directly to the core pipe 1 at the pipe elements 29 instead of attaching these to the horizontal struts 15. The core pipe 1 with pile sleeve guides 25 and pile sleeves 24 can move freely laterally in relation to the main structure 10 between the upper and lower attachment. The intermediate horizontal bracing levels 15 are not connected to the core structure. In addition to the purely structural advantages, the core tube 1 will act as a buoyancy body for a bardun braced tower, and possibly the lower part will act as a ballast tank for a buoyancy tower.

Claims

1. Compliant core pipe that is arranged inside an offshore tower construction that extends from the seabed to above the water surface, characterized in that the core pipe (1) in the upper end part (4) is rigidly connected to the tower construction (10) and that the core pipe has a lower support point (2) ) which is rigidly connected laterally (3) to the same tower, while the core tube in the intermediate part is free from connections with the tower so that a rotation of a lower end part (5) of the core tube can take place independently of the rigidity of the tower, but as a function of the core tube (1) length and its combined stiffness with piles (22) and pile sleeves (24) which are connected laterally to the core tube.

2. Flexible core pipe according to claim 1, characterized in that pile sleeves (24) are rigidly connected to the lower end part (5) of the core pipe.

3. Compliant core pipe according to claims 1-2, characterized in that the lower support point (2) lies below the lower end part (5).

4. Flexible core tube according to claims 1-2, characterized in that the lower support point (2) lies above the lower end part (5).

5. Flexible core tube according to claims 1-4, characterized in that the core tube (1) is made with a variable diameter and wall thickness between the upper end part (4) and the lower end point (2).