NO163851B - Flytende, strekkforankret plattform. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en flytende strekkforankret plattform hvor et antall i hovedsaken vertikalt orienterte, aksialt strammede fortøyningselementer er forbundet slik at de stadig er i strekk mellom forankringsanordninger som er beliggende på havbunnen, og den flytende plattform.

Med den gradvise uttømming av underjordiske og grunne undervanns-hydrokarbonreservoarer er letingen etter ytterligere petroleumreserver blitt utvidet til dypere og dypere vannområder på verdens ytre kontinentalsokler.

Etter hvert som slike dypere reservoarer oppdages, er

stadig mer innviklede og avanserte produksjonssystemer blitt utviklet. Det er planlagt at det innen 1990 vil være nød-vendig med oljeletings- og produksjonsutstyr til havs for prøving av dybder på 1800 meter eller mer. På

grunn av at bunnbaserte konstruksjoner generelt er begren-set til vanndybder på ikke mer en ca. 450 meter på grunn av skjærkraftdimensjonen av den nødvendige konstruksjon,

er andre, såkalte ettergivende konstruksjoner blitt utviklet.

En type av ettergivende konstruksjon som har fått betydelig oppmerksomhet, er en strekkforankret plattform (TLP=Tension Leg Plattform)• En TLP omfatter en flytende plattform av halvt nedsenkbar type som ved hjelp av pelede fundamenter er forankret på sjøbunnen via vertikale elementer eller fortøyningsliner som kalles strekkbarduner. Strekkbardunene holdes i strekk til enhver tid ved å sikre at strekkforankringsplattformens oppdrift over-skrider dens driftsvekt under alle omgivelsestilstander. TL-plattformen holdes ettergivende på plass i sideretnin-gene idet svaiing, skrensing og giring tillates mens verti-kalplanbevegelser med hiving, stamping og rulling hindres på stiv måte ved hjelp av strekkbardunene.

Flere hovedaspekter ved utformingen av det ettergivende konstruksjonskonsept er utviklet ut fra dynamiske betraktninger av konstruksjonen som følge av eksitering på grunn av vannbølger. For å minimere svaiingsbevegelser,

må konstruksjonens naturlige svaiperiode enten være mindre enn eller større enn bølgeperiodene i de forskjellige sjø-tilstander. En stiv konstruksjon, såsom en bunnfast plattform, er konstruert med en naturlig svaiperiode som er mindre

enn bølgeperioden. Den naturlige svaiperiode for bunnfaste plattformer øker imidlertid med økende vanndybder og nær-mer seg til slutt bølgeperioden, hvilket resulterer i stor plattformbevegelse. Ved en ettergivende konstruksjon, såsom en TLP, er den naturlige svaiperiode konstruert for å være større enn bølgeperioden.

Nåværende TLP-konstruksjoner benytter tykkveggede stålrørelementer for fortøyningselementene. Disse strekkbarduner utgjør en betydelig vekt i forhold til den flytende plattform, en vekt som må overvinnes ved hjelp av flytekonstruksjonens oppdrift. Det er lett å innse at når fortøyningselementer med stadig økende lengde er nødvendige for en strekkforankret plattform i dypere og dypere vannområder, må en flytekonstruksjon som har den nødvendige oppdrift for å overvinne disse ekstreme vekter, være så stor at den blir uøkonomisk. Håndteringsutstyret for installe-ring av og opptagning av de lange, tunge strekkbarduner tilføyer videre urimelig vekt og kompleksitet til et strekk-forankrings-plattformsystem. Flytesystemer kan benyttes, men disses pålitelighet er tvilsom. Disse forårsaker dess-uten en økning i de hydrodynamiske krefter på konstruksjonen.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en strekkforankret plattform med fortøyningsele-menter som er lettere av vekt, men som tilbyr lik eller større styrke og stivhet når de sammenliknes

med rørformede stålfortøyningselementer som er blitt benyttet tidligere.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning ved hjelp av hvilken en strekkforankret plattform kan benyttes i vannområder på over 300 meter, og som unngår en uøkonomisk, overdimensjonert plattform og komplisert flyte- og håndteringsutstyr som ellers ville være nødvendig dersom tidligere, rørformede stålfortøyningselementer ble benyttet.

Ovennevnte formål oppnås ved en strekkforankret plattform av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at de aksialt strammede fortøy-ningselementer er en sammensatt konstruksjon av et antall i lengderetningen orienterte karbonfibrer som er innstøpt i en harpiksgrunnmasse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

1 forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser-et skjematisk riss av en strekkforankret plattform i hvilken de sammensatte fortøynings-elementer ifølge oppfinnelsen kan være innarbeidet, fig. 2 viser et delvis i snitt vist sideriss av det sammensatte fortøyningselement ifølge oppfinnelsen og viser forskjellige lag av sammensatt materiale, fig. 3 viser et tverrsnittsriss av det på fig. 2 viste fortøyningselement etter linjen 3-3, fig. 4 viser et liknende tverrsnittsriss som fig. 3 og viser en alternativ utførelse av oppfinnelsen, fig. 5 viser et tverrsnittsriss av den på fig. 4 viste utførelse etter linjen 5 - 5, og fig. 6 viser et liknende tverrsnittsriss som fig. 3 og 4 og viser en ytterligere alternativ ut-førelse av oppfinnelsen.

Idet det nå henvises til tegningen, viser fig. 1 en strekkforankret offshore-plattform 10. Den strekkforankrede plattform (TLP) 10 omfatter generelt en plattform 12 som flyter i en vannmasse 14 og som er forankret i vannmassens bunn 16 ved hjelp av et antall stramme fortøyningselementer 18 som strekker seg mellom den flytende plattform 12 og forankringsanordninger 20 som er beliggende på bunnen 16 av vannmassen 14. Forankringsanordningene 20 er tilpasset for forbindelse med et antall stramme fortøyningselementer 18 og er holdt i stilling ved hjelp av et antall peler som strekker seg ned i bunnen 16.

I overensstemmelse med en foretrukket utførelse

av oppfinnelsen omfatter de stramme fortøyningselementer 18 et antall lettvekts, sammensatterørliknende deler

22 som ved sine ender er sammenkoplet ved hjelp av et antall metalliske koplingsanordninger 24, idet de stramme fortøyningselementer 18 holdes i konstant strekk mellom forankringsanordningene 20 og den flytende plattform 12

ved hjelp av plattformens oppdrift som stadig opprettholdes over plattformens operasjonsvekt under alle forhold.

Som vist på fig. 2, omfatter et fortøyningselement 18 ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen generelt en rørformet, sammensatt konstruksjon 22 og et metallisk koplingsstykke 26 som er anbrakt ved hver ende av denne.

Det metalliske koplingsstykke 26 kan være av en gjenget utførelse eller bare fastsveiset for å danne den på fig. 1 viste koplingsanordning 24. I overensstemmelse med oppfinnelsen omfatter det sammensatte, rørformede parti 22 av fortøyningselementet 18 et antall lag av i hovedsaken i lengderetningen forløpende, forsterkende, fibrøst materiale. I sin foretrukne form er et antall parallelt-slåtte høymo-dul-karbonfiberlag 30 i en varmeherdende eller termoplastisk harpiksgrunnmasse anbrakt vekselvis med lag 32

av i den samme harpiksgrunnmasse i skruelinjeform viklede aramidf ibrer . med høy styrke og lav slagnings- eller tvinnings-vinkel. Det vil innses at et fortøyningselement 18 kan være oppbygget utelukkende av karbonfibrer i en harpiksgrunnmasse i enten parallellslått eller lavvinkel-skrue-linjetvinning uten benyttelse av innflettede lag av aramidfiber, idet aramidfiberen er til stede i den foretrukne form for å øke fortøyningselementets 18 seighet og skademot-stand i forhold til den ellers noe skjøre, sammensatte karbonfiber-harpiks-konstruksjon. I sin foretrukne form har karbonfibrene en elastisitetsmodul på mer enn 2,1*10 kg/cm^.

I det på fig. 2 og 3 viste tverrsnittsriss av fortøyningselementet 18 er vist den lagdelte form av den rørformede, sammenslåtte konstruksjon 22 og en foretrukket form for metall-koplingsstykket 26. Slik det kan innses, danner et antall vekslende lag av i lengderetningen orienterte karbonfibrer 30 og skruelinjeviklede aramidfibrer 32, det hele i en epoksy-grunnmasseform, den rørformede, sammensatte konstruksjon 22. Det vil innses at størrelsen og an-tallet av lagene av karbonfiber og aramidfiber kan varieres for å tilveiebringe1 den ønskede stivhet og styrke i for-tøyningselementet 18.

Det foretrukne metallkoplingsstykke 26 har en i hovedsaken radialt avtrappet form til hvilken de forskjellige i lag 30, 32 av fibrøst materiale er vedheftet. I sin foretrukne form har metall-koplingsstykkets 26 trinn 3 4 en svak revers-konisitet som strekker seg i lengderetningen bort fra det rørformede, sammensatte parti av fortøyningselementet 18 for å øke styrken av forbindelsen med henblikk på øket aksialbelastningskapasitet. Slik som også vist på fig. 3, ligger karbonfibrenes endepartier an mot trinnenes 34 radialt orienterte sideflater, mens de i skruelinjeform viklede aramidfiberlag 32 ligger over trinnenes 34 krage-sideflater 38. Slik som tidligere angitt, kan metall-koplingsstykket være forsynt med gjenger for å danne inngrep med koplingsanordninger for sammenkopling med forskjellige andre komponenter av fortøyningselementet 18, eller det kan omfatte partier som på bekvem måte kan sveises til andre komponenter. Fig. 4-6 viser alternative utførelser av et metall-koplingsstykkeparti" som er forbundet med en rør-formet, sammensatt konstruksjon 22 for å danne et fortøy-ningselement 18. Fig. 4 og 5 viser således et alternativt metall-koplingsstykke 126 som tilveiebringer større motstand mot torsjonsbelastninger på bindingen mellom den sammensatte konstruksjon 122 og metall-koplingsstykket 126. I lengderetningen orienterte slisser 140 er anordnet i trinn-partiene 134, idet slissene 140 tilveiebringer en låse-mekanisme mot torsjonskrefter som ville ha en tendens til å forskyve bindingen mellom metall-koplingsstykket 126 og den sammensatte konstruksjon 122. Forøvrig er den sammensatte konstruksjon 122 dannet av vekslende lag av karbonfiber 130 og aramidfiber 132 i en harpiksgrunnmasse, slik som i de tidligere beskrevne utførelser. Fig. 6 viser en ytterligere type av metall-koplingsstykke 226 som er bundet til en sammensatt fiberkonstruksjon 222 som er dannet på liknende måte som de tidligere ut-førelser. Metall-koplingsstykket 226 er forsynt med et antall radialt forløpende, utvidede, periferiske ringpartier 242 som avgrenser et mellomliggende, sporforsynt parti 242 med mindre diameter. Den sammensatte konstruksjon 222 føyer seg etter ringpartiene 242 og er inntrykket i det sporfor-synte parti 244 ved virkningen av en delt ring 246 som om-slutter det ytre av den sammensatte konstruksjon 222 på fastspennende måte. Selv om bare to ringer 242 og et eneste spor 244 og en eneste klemring 246 er vist på fig. 6,- vil man forstå at et antall sådanne konstruksjoner kan være anordnet for å øke styrken av forbindelsen mellom metall-koplingsstykket 226 og den sammensatte konstruksjon 222.

Slik som tidligere angitt, er aramidfiberpartiet av den sammensatte konstruksjon tilveiebrakt for å øke fortøyningselementets motstand mot slagbeskadigelse som kunne bringe fortøyningselementet til å svikte. Som et alternativ til eller i tillegg til tilveiebringelsen av aramidfiberlagene, kan det på fortøyningselementenes ytre være tilveiebrakt- andre beskyttelsesanordninger som spesielt dekker det sammensatte parti av konstruksjonen og som gir fortøyningselementene ytterligere slagbeskyttelse. Disse omfatter innhylling av fortøyningselementet i et elastisk, gummiliknende materiale, eller også en metallkappe. Man vil imidlertid forstå at tilveiebringelsen av sådant ytterligere slagmotstandsmateriale har ulempen med en øket vekt på den forøvrig lette konstruksjon. Som et alternativ til aramidfibrer kan glassfibrer benyttes for å styrke den sammensatte konstruksjon.

Ved dannelsen av den sammensatte konstruksjon kan flere kjente teknikker benyttes, såsom gjennomtrekking (engelsk: pultrusion), filament- eller trådvikling, og støping. Ved gjennomtrekking blir de forsterkende fibrer, som er fuktet med uherdet harpiks( trukket gjennom en opp-varmet trekkskive hvor den sammensatte konstruksjon herdes. En kontinuerlig lengde av sammensatt konstruksjon produseres etter hvert som den trekkes ut fra trekkskiven. Denne teknikk er effektiv for fabrikasjon av staver, stenger, rør, I-bjelker og andre elementer med lang lengde og konstant tverrsnitt. Selv om forskjellige fiberorienteringer kan gjennomtrekkes, er den letteste konfigurasjon en null gra-ders sammensatt konstruksjon (i lengderetningen orienterte fibrer).

Ved tråd- eller fibervikling vikles den forsterkende fiber på en dor i et skruelinjeformet, periferisk eller polart (ende-mot-ende) mønster på gjentatt måte for å

danne den sammensatte konstruksjon. Denne resulterende konstruksjon herdes deretter i en ovn. Fiberviklings-maskiner er tilgjengelige for fremstilling av store, sammensatte deler. Denne teknikk er effektiv for fabrikasjon av genererte eller utviklede former, såsom ringer, sylindere og trykktanker, også med variabelt tverrsnitt. Våtfiber-vikling innebærer fukting av fibrene med uherdet harpiks før vikling på doren. Tørrfibervikling eller båndvikling benytter "prepreg"-bånd med en bredde på ca. 2,5 cm. "Prepreg"-bånd eller kapper er fibrer som er forimpregnert med uherdet harpiks, og er dyrere enn fibrer og harpiks kjøpt separat. Vikling av tørre fibrer med senere harpiks-innsprøyting er også mulig.

De dorer på hvilke viklingene forhåndsdannes, kan

ha varierende tverrsnitt. Integrerte, metalliske endebeslag eller enderørstykker kan lettvint innlemmes i et fibervik-let produkt. Forskjellige fiberorienteringer bortsett fra null grader kan oppnås ved hjelp av fibervikling. Null-grader-lag kan tilveiebringes som forimpregnerte fibrer som slås eller tvinnes for hånd. Alternativt kan det benyttes en metode med langsgående avsetting eller avlegging ved hjelp av hvilken null-grader-fibrer legges på en dor samtidig som de oppfanges ved hjelp av en 90° ytre renning eller varp.

Ved støping blir plater av sammensatte fiberbånd ("prepregs") kuttet og lagt opp i en metallisk form eller tilpasset pressform. En vakuumpose kan anbringes over den sammensatte konstruksjon for å minimere hulroms- eller pore-innholdet. En varm presse eller autoklav benyttes deretter for å tilveiebringe den ønskede temperatur og de ønskede trykksykluser for riktig herding av den sammensatte konstruksjon. Denne teknikk er effektiv for fabrikasjon av flate plater og ganske enkle, store paneler.

Som vist på tegningen, kan fortøyningselementene

18 omfatte et antall seksjonsinndelte, rørformede, sammensatte gjenstander av hvilken som helst lengde som er bekvem for håndtering. Alternativt vil det innses at en sådan sammensatt konstruksjon kunne være dannet som en eneste,

udelt konstruksjon som strekker seg fra det undersjøiske anker 20 til den flytende plattform 12. For lettvint håndtering kan imidlertid kortere avsnitt foretrekkes.

Claims (14)

1. Flytende, strekkforankret plattform hvor et antall i hovedsaken vertikalt orienterte, aksialt strammede for-tøyningselementer (18) er forbundet slik at de stadig er i strekk mellom forankringsanordninger (20) som er beliggende på havbunnen (16), og den flytende plattform (12), KARAKTERISERT VED at de aksialt strammede fortøyningselementer (18) er en sammensatt konstruksjon av et antall i lengderetningen orienterte karbonfibrer (30; 130) som er innstøpt i en harpiksgrunnmasse.

2. Plattform ifølge krav 1, KARAKTERISER VED at de aksialt strammede fortøyningselementer (18) er rørformede i tverrsnitt.

3. Plattform ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at de aksialt strammede fortøyningselementer (18) er anordnet i seksjoner (22; 122; 222) og har metalliske koplingsstykker (26; 126; 226) anbrakt mellom seksjonene.

4. Plattform ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at de metalliske koplingsstykker (26; 126; 226) er gjenget for sammenkopling.

5. Plattform ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at de metalliske koplingsstykker (26; 126; 226) er sveiset sammen.

6. Plattform ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at karbonfibrene (30; 130) har parallell slag-ning.

7. Plattform ifølge ett av de foregående krav, KARAK TERISERT VED at den sammesatte konstruksjon (22; 122; 222) videre inneholder i lengderetningen orienterte aramidfibrer (32; 132).

8. Plattform ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at aramidfibrene (32; 132) er viklet i skruelinjeform.

9. Plattform ifølge ett av kravene 1-6, KARAKTERISET VED at den sammensatte konstruksjon (22; 122; 222) videre omfatter i lengderetningen orienterte glassfibrer (32; 132).

10. Plattform ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at glassfibrene (32; 132) er viklet i skruelinjeform.

11. Plattform ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at karbonfibrene (30; 130) er viklet i skruelinjeform med liten stigningsvinkel.

12. Plattform ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at harpiksgrunnmassen er en varmeherdende harpiks.

13. Plattform ifølge ett av kravene 1-11, KARAKTERISERT VED at harpiksgrunnmassen er en termoplastisk harpiks.

14. Plattform ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at karbonfibrene (30; 130) har en elastisitets-6 2 modul på mer enn 210*10 kN/m .