NO158410B - Inndrevet forankring. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører det felt som omfatter eksplosivt inndrevne forankringer eller fortøyningsinnret-ninger for å gi et forankret punkt på overflaten av sjø-

eller havbunnen.

Aktivt inndrevne forankringer er kjent innen teknikkens stand og med få unntagelser omfatter de varianter innenfor den samme grunnidé. Et forankringsledd som er formet for inntrengning og som har en eller annen form for avfyrings-mekanisme ved kontakt med havbunnen blir forbundet med en dynamisk reaksjonsenhet med en betydelig motstand oppnådd ved hjelp av hydrodynamisk kobling til sjøvannet. Disse forankringer omfatter en relativt høyhastighets (detonerende) eksplosiv komponent som antennes ved kontakt mellom forankringens spiss og havbunnen. Den høyeksplosive detonasjon driver så for-ankringselementets spiss ned i bunnen. Reaksjonskreftene

opptas av reaksjonsenheten med hjelp av hydrodynamisk kobling til sjøvannet.

Typiske eksempler omfatter US patent nr. 3 032 000 som viser en tidlig form av et slikt inntrengningshode med kontaktdetonasjon og et beskrevet lettvekts dynamisk reaksjonselement. US patent 3 170 433 innfører bruken av forankringsfinner på inntrengningselementet. US patent nr. 3 520 268 viser et omfattende gassforseglingssystem for kobling av en høyhastighets gassutvidelse med inntrengningshode og viser dessuten teknikkens stand i forbindelse med lettvekts vannbestandige reaksjonselementer.

En alternativ gren er vist ved utviklingen av en serie eksplosivt inndrevne, utvidbare plateforankringer.

Typisk i så måte er US patent nr. 3 653 355, 3 731.646 og

4 356 788 som alle viser utvidbare mothake-konstruksjoner som blir inndrevet eksplosivt i havbunnen og som der utvides ved forsøk på opptrekking, idet de vesentlig motstår vertikal-krefter.

Varianter av egeninndrevne forankringer omfatter

US patent nr. 4 347 802 som viser en utførelse av prinsippet, med en erosjonsstråle for å drive et forankringselement dynamisk inn ved hjelp av en rettet væskestrøm som eroderer et forankringshull i havbunnen. US patent nr. 3 517 469

viser bruken av en utvidbar, eksplosiv innslagsmine

(camouflet) for utvidelse av den eksplosivt inndrevne for-ankringsspiss i den hensikt å feste den sikrere i havbunnen.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å skaffe til veie en forbedret eksplosiv inndrevet forankring spesielt egnet for presisjonsforankringer slik som det vil være behov for ved oljeboring hvor en oljeplattform er fortøyd i sjøen på en nøyaktig bestemt posisjon for boreformål. Forankringen er konstruert spesielt for fortøyning i sedimentære avleiringer, selv om den vil egne seg for de fleste typer havbunn med unn-tagelse av kompakt grunnfjell.

Inndrivningsforankringen ifølge oppfinnelsen har som siktemål å tillate både en presis plassering av forankrings-punktet for inndrivingen såvel som etablering av en sterkere og mer motstandsdyktig fortøynings- eller forankringsbase enn de som hittil har kunnet opprettes ved hjelp av eksplosivt inndrevne forankringer. Den foreliggende inndrivningsforankring omfatter et ankerspyd som har vesentlig større lengde enn det som det har vært mulig å anvende innenfor den kjente teknikk, og inndriv-ningsorganer sørger for at spydet drives inn tilnærmet vertikalt dypt i de sedimentære avleiringer for å gi maksimal uttrek-ningsmotstand overfor en ankerline som har et visst spillerom. Den etablerte fortøyning er da istand til å sikre store flytende konstruksjoner såsom boreplattformer i meget høy sjø. Den sam-lede forankringskonstruksjons totalmotstand vil da være vesentlig større enn hva som er kjent fra tidligere ved benyttelse av tradisjonelt inndrevne forankringer. Det er således et mål med oppfinnelsen å fremskaffe en inndrivningsforankring som kan motstå større uttrekningskrefter og til hvilken et vesentlig større forankringselement kan festes, enn det som har vært mulig tidligere.

I samsvar med dette er det skaffet til veie en inn-drivningsf orankring av den type som fremgår av den innledende del av det etterfølgende krav 1, og forankringen er kjenneteg-net ved de trekk som fremgår av den karakteriserende del av i dette krav.

Ytterligere trekk vil fremgå av de underordnede krav, og oppfinnelsens konstruksjonstrekk og fordeler vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket ut-førelse .

I forbindelse med beskrivelsen viser fig. 1 et sideriss av det totale forankringsanlegg i en stilling hvor avfyr-ing ennå ikke har funnet sted, fig. 2 er en skisse av en ut-førelse med fraskilte elementer hvor det er avbildet en vertikal posisjonsføler for styring av avfyringen, og fig. 3 viser et sideriss av den inndrevne forankring.

Det komplette forankringsanlegg for inndrivning som er vist på fig. 1 utgjøres av selve inndrivningsforankringen 2 som omfatter en hovedsakelig vertikal del som øverst bærer en drivmasse eller et reaksjonselement 4 med særlig solid konstruksjon. I den foretrukne utførelse er dette en konstruksjon som i alt vesentlig består av en armert betongblokk med enten sylin-drisk eller rektangulær fasong. Ved reaksjonselementets 4 øvre hjørner befinner det seg et antall festeinnretninger 6 til hvilke løftestropper 8 er festet for å kunne manøvrere forankringen 2 for hevning, senkning eller annen forskyvning ved hjelp av standard løfteorganer, såsom kraner (ikke vist) som løftestroppene 8 kan festes til.

Sentralt og nedoverrettet fra reaksjonselementet 4 strekker seg et kraftig, avlangt forankringsspyd 12, koaksialt anordnet på et drivrør 24 som også strekker seg nedover fra reaksjonselementet 4 og er festet til dette med en flensinnret-ning 28. Forankringsspydet 12 er som nevnt koaksialt anordnet omkring drivrøret 24 og er festet til dette ved hjelp av skjærbolter 44.

Forankringsspydet 12 er selv hovedsakelig bygget opp som en avlang metallkonstruksjon. I den foretrukne utfør-else av et slikt forankringsanlegg vil spydet 12 være mer enn seks meter langt, selv om så korte lengder som tre meter også

er aksepterbare. Forankringsspydet 12 har ved bunnen en spiss 14 som på sin side danner et lukket endeparti for en avlang hylseformet kjerne 16 som tettende lukker drivrøret 24 i Fra den hylseformede kjerne 16 strekker et antall inntrengningsfinner 18 seg radialt utover. I den foretrukne utførelse består disse inntrengningsfinner 18 av triangulært formede, hule plater av bløtt stål. Videre har disse finner 18 en skråstilt nedre inn-trengningsside 19 som er åpen mot den indre hule, triangulære form av finnene. Inntrengningsfinnene 18 strekker seg langs-etter og er festet glatt tilsluttende og tilnærmet perpendiku-

lært i forhold til den hylseformede kjerne 16 over dennes fulle lengde fra nær spissen 14 og til kjernens øverste parti. Nær kjernens 16 midte finnes et fortøyningspunkt 20 for forbindelse med en ankerline 46.

Drivrøret 24 strekker seg nedover inne i den hylseformede kjerne 16 fra reaksjonselementets 4 basis 26 gjennom flensinnretningen 28 på en slik måte at drivrøret 24 både blir sentrert i forhold til forankringens vertikale sentrale akse og peker nedover når reaksjonselementet 4 bæres av løftestroppene 8 i opphengt stilling.

Flensinnretningen 28 er vist på fig. 2 og omfatter sensororganer 30 for vertikal posisjon. I den foretrukne ut-førelse omfatter sensororganene 30 en elektrisk ledende pendel 32 oppspent aksialt for fri svingebevegelse innenfor en elektrisk kortslutningsring 34. Flensinnretningen 28 er tettende forbundet med drivrørets 24 nedre del, drivdelen 38 slik at pendelen 32 og kortslutningsringen 34 holdes isolert fra det omgivende vann og kan holdes hovedsakelig tørre.

Inne i drivdelen 38, som er den del av drivrøret 24 som strekker seg nedover fra flensinnretningen 28 koaksialt innenfor kjernen 16 i forankringsspydet 12, er det anordnet brannstråleorganer 42 som står i forbindelse med tennkretser 40 som er innrettet for elektrisk antennelse av et gassgeneratoreksplosiv. Et vesentlig karakteristisk trekk ved den foreliggende oppfinnelse består i at dette eksplosiv befinner seg innenfor drivdelens 38 øvre parti og er et eksplosiv av relativt lavhastighets (deflagrerende) type. I en foretrukket utførelse kan.eksplosivet være sortkrutt (black powder). Tennkretsen 40 kan omfatte et standard undervanns elektrisk tennhode som er elektrisk parallellkoblet med en elektrisk bryteranordning som utgjøres av pendelen 32 og kortslutningsringen 34 på en måte som vil bli beskrevet i det følgende. Tennkretsene 40 er elektrisk tilkoblet på en i og for seg kjent måte (ikke vist) aksialt gjennom drivrøret 24 ved flensinnretningen 28, reaksjonselementets 4 basis 26 og selve reaksjonselementet 4 via forbin-delséskabler som er ført langs en av løftestroppene 8 opp til en ténnstyreinnretning som befinner seg på overflaten.

Omkring den nedre ytre ende av drivdelen 3 8 og i tettende kontakt mellom denne del og kjernens 16 indre er tetningsorganer 35 anordnet som ringer. Disse tetningsorganer 35 omfatter en tetningshylse 36 av messing som på en elektrisk ledende måte tetter den nedre del av det sylindriske ringrom som dannes; mellom drivdelen 38 og kjernen 16. Videre omfatter tetningsorganene O-ringer 37 som er tettende anordnet like over messing-hylsen 36. Tetningsorganene 35 danner en hovedsakelig gass- og vanntett tetning tilpasset for glidning ved den nedre ende av drivdelen 38 og den hylseformede kjerne 16. Tetningsorganene 35 sikrer både at eksplosivet holdes i neddykket stilling og a-t den eksplosive gass holdes innelukket i drivdelen 38 og kjernen 16 under oppløfting til luften.

Ved drift senkes hele inndrivningsforankringen 2 ned ved hjelp av en kran eller liknende via løftestroppene 8. Reaksjonselementets fasong sammen med løftestroppenes 8 plassering og den betydelige lengde og vekt av forankringsspydet 12 får dette spyd 12 til å holde seg i en hovedsakelig vertikal stilling mens forankringen 2 senkes.

Forankringen 2 senkes inntil spissen 14 får kontakt med havbunnen. Den kombinerte virkning av reaksjonselementets 4 vekt, formen av spissen 14 og den avskrådde vesentlig åpne form av de nedre flater 19 på inntrengningsfinnene 18 forårsaker at forankringsspydet 12 drives et betydelig stykke ned i havbunnen på grunn av vekten og støtvirkningen. Man har funnet det tilstrekkelig med minst én meters inntrengningsdybde.

Hvis inntrengningen skjer i en hovedsakelig vertikal retning, dvs. hvis det ikke har foregått noen avbøyning av forankringsspydet 12 under dets inntrengning i havbunnen, vil pendelen 32 holdes oppspent aksialt innenfor kortslutningsringen 34 uten å gi elektrisk kontakt med denne, og sensororganene 30 for vertikal posisjon vil da ikke slutte noen elektrisk krets som står i forbindelse med tennkretsene 40.

Når det antas at forankringen 2 er blitt drevet delvis inn i havbunnen, noe som kjennetegnes ved at den kabel som er festet til den ene løftestropp 8 slakkes, aktiveres tennstyreinnretningen på overflaten for igangsetting av eksplo-sivets dekomposisjon. Forutsatt at sensororganene for vertikal posisjon ikke som en sikkerhetsbryter har kortsluttet de elektriske tennkretser 40, vil disse nå aktiveres og antenne eksplosivet inne i drivrøret 24. Gassgeneratoreksplosivet opp-tar kun en øvre del av drivrørets drivdel 38 i nærheten av tenn-hodet. En styrt og relativt lavhastighets eksplosiv sjokkbølge bygges derved opp inne i drivdelen 3 8 og det oppstår en nedoverrettet drivkraft mot forankringsspydet 12 og en tilsvarende reaksjonskraft rettet oppover mot reaksjonselementet 4. Den betydelige egenvekt av dette element gjør det i stand til å motstå de relativt svake støt fra det relativt langsomtvirkende gassgeneratoreksplosiv. Den hovedsakelig plane øvre flate på reaksjonselementet 4 gir en viss hydrodynamisk tilleggsmotkraft mot de krefter som utøves ved deflagrasjonen. Man skal merke seg at det lavhastighets eksplosiv som virker over en relativt lang støtperiode for drivkreftene i motsetning til mekanismen ifølge kjente innretninger ville virke mindre effektivt i forbindelse med en lettere reaksjonsinnretning som hovedsakelig gir motkraft på grunn av hydrodynamisk virkning.

Deflagrasjonens første støt mot forankringsspydet

12 og i rekylstøt mot drivrøret 24 forårsaker at skjærboltene

44 skjæres av og frigir forankringsspydet 12. Tetningsorganene 35 gir en kontinuerlig gasstett forsegling mellom forankringsspydet 12 og drivdelen 38 og forårsaker at kraften fra eksplosivet hele tiden virker mot forankringsspydet mens det beveger seg nedover langs drivdelen 38. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen overlapper spydet 12 drivdelen 38 over en lengde på mer enn 5,5 m. Som beskrevet vil virkningen av reaksjonselementet 4 allerede ha bragt spydet 12 et visst stykke ned i havbunnen. Den fortsatte, relativt lange periode hvor eksplo-sivets drivkraft fører spydet 12 videre nedover vertikalt,

i bringer spydet til en betydelig dybde som kan være fra en til en og len halv ganger spydets egen lengde under havbunnens overflate. Spissen 14 har som hovedhensikt å bøye av spydet 12 hvis fast fjell eller andre hindringer skulle påstøtes uten at spydets bevegelse derved bremses vesentlig.

i Således vil forankringsspydet 12 bli stående i en tilnærmet vertikal stilling nede i havbunnen ved en dybde som er oppnådd som følge av spydets 12 egen lengde og lengden av overlappingen mellom spydet og drivdelen 38. Ankerlinen 4 danner en hovedsakelig horisontal linelengde ut fra fortøy-

ningspunktet 20 ved midten av forankringsspydet 12, noe som er velkjent innen forankringsteknikken. Således vil krefter som påtrykkes forankringsspydet når dette er inndrevet være hovedsakelig horisontale. Den totale inndrivningsdybde for spydet 12 og motstanden mot sidebevegelser av de opprettstående inntrengningsfinner 18 kombineres for å gi en effektiv vektarm mot ankerlinens 46 horisontale krefter, og følgelig oppnås et meget sterkt fortøyningspunkt.

Praktiske forsøk har vist at et enkelt fortøynings-spyd med lengde 5,70 m inndrevet til en dybde av 8 m kunne holde en lekter med 7000 tonns nyttevekt under en storm med styrke 8 hvor vindstyrken oversteg 75 knop og bølgene var over 6 m høye.

Det vil således forstås at den beskrevne oppfinnelse er i stand til å fremskaffe en inndrivingsforankring med betydelig større lengde og med større motstandsevne mot forankrings-løsning enn det som hittil har vært mulig innenfor feltet inndrevne forankringssystemer. Det er et vesentlig trekk ved denne oppfinnelse at forankringsspydet blir inndrevet i hovedsakelig vertikal retning for å gi maksimal motstand overfor de vanlig-vis horisontale krefter som overføres fra ankerlinen 46. Det er av like stor betydning at forankringsspydet 12 har en vesentlig større vertikal lengde enn hittil benyttet innenfor tekno-logien vedrørende inndrevne forankringer. Man har funnet at kombinasjonen av den relativt lavhastighets gassdannelse fra eksplosivet og den forholdsvis lange drivtid som gassen får arbeide i, takket være den koaksiale overlapping av drivdelen 38 i forankringsspydet 12 og med full forsegling ved tetningsorganene 35, bevirker at forankringsspydet 12 drives hele sin lengde ned i havbunnens sedimentære avleiringer. Dette er i kontrast til tidligere kjente høyhastighets forankringer som har en svært begrenset inntrengningsevne og som derfor trenger ulike hengslede forskyvningsinnretninger for å kunne motstå de uttrekningskrefter som overføres fra forankringslinene.

Claims (4)

1. Inndrivningsforankring (2) for å fremskaffe et fortøyningspunkt inndrevet i havbunnen, omfattende et reaksjonselement (4) med betydelig masse, et drivrør (24) forbundet med reaksjonselementet (4), et forankringsspyd (12) innrettet for å drives inn i havbunnen, og brannstråleorganer (42) for frembringelse av en varmeavgivende dekomposisjon, karakterisert ved at brannstråleorganene (42) omfatter et eksplosiv som forbrenner ved deflagrasjon inne i drivrøret (24) som er fast forbundet med reaksjonselementet (4), og ved sensororganer (30) for helningsdetek-tering, elektrisk forbundet med tennkretser (40) som er koblet slik at brannstråleorganene (42) ikke aktiveres der-som forankringsspydets (12) helningsvinkel overstiger en forhåndsbestemt verdi.

2. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved at forankringsspydets (12) feste til drivrøret (24) er utført ved hjelp av skjærbolter (44) som fester et øvre parti av forankringsspydet (12) til den øvre ende av drivrøret (24).

3. Forankring ifølge krav 1, hvor forankringsspydet (12) omfatter en kraftig, hylseformet kjerne (16) med en tett nederste ende, en spissvinklet avbøyningsspiss (14) som strekker seg nedover fra kjernens (16) nedre ende, og et antall vertikale inntrengningsfinner (18) som strekker seg radialt fra kjernen.(16) på motsatte sider av denne, karakterisert ved at inntrengningsfinnene (18) omfatter en i det vesentlige hul, vertikalstående plate-konstruksjon med triangulært tverrsnitt med lukket spiss og en åpen bunn som er festet til kjernen (16).

4. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved at sensororganene (30) omfatter et elektrisk ledende pendelorgan (32) hvis stilling i forhold til vertikalen er bestemt av tyngdekraften og en elektrisk ledende kortslutningsring (34) anordnet rundt og i nærheten av pendelorganet (32), idet pendelorganet er forbundet med en første elektrisk krets i tennkretsene (40) mens kortslutningsringen (34) er forbundet med en andre elektriske krets i disse, og at sensororganene (30) videre omfatter en elektrisk kortslutningsbryter koblet for å hindre tennkretsene (40) i å igangsette elektrisk tenning av brannstråleorganenes(42) eksplosiv.