NO164403B - Dobbellvegget fortoeyning av staal og fiber, for fortoeyningav dyptgaaende offshore konstruksjoner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en konstruksjon for bruk i et strekkstagelement for en flytende offshorekonstruksjon.

Med gradvis uttømming av hydrokarbonreservoarer på land og ved relativt små havdyp, er letingen etter ytterligere petroleumreserver utvidet til større og større havdyp på jordens ytre kontinentalsokler. Etter hvert som reservoarer er funnet på slike større dyp, er det utviklet produksjonssystemer med stadig økende kompleksitet og utviklingsgrad. Det regnes at det i 1990 vil kreves utstyr for offshore leting og produksjon ved vanndyp opptil 2000 m og mer. Da bunnfaste strukturer i det vesentlige er begrenset til vanndyp på ikke mer enn 500 m med kjent teknikk, og på grunn av de skjærkrefter som påføres konstruksjoner, er andre, såkalte ettergivende konstruksjoner utviklet.

En type ettergivende konstruksjon som betraktes som meget interessant er strekkstagplattformen (TLP). En TLP omfatter en delvis nedsenkbar flytende plattform som er forankret til forankrede fundamenter via vertikalt anordnede legemer eller fortøyningsliner, normalt betegnet strekkstag. Strekkstagene holdes under strekk til enhver tid ved å sikre

at plattformens oppdrift overskrider dens totale vekt under alle værforhold. Plattformen holdes ettergivende fast i sideretninger og tillater svaiing, jaging og giring mens bevegelser i det vertikale plan som hiving, stamping og rulling motvirkes stivt av strekkstagene.

Flere aspekter ved konstruksjonen av ettergivende konstruksjoner er utviklet av dynamiske betraktninger for konstruksjonen på grunnlag av bølgenes påvirkning. For å minimere svingebevegelsene må konstruksjonens naturlige svingeperiode enten være mindre eller større enn bølgenes periode ved de ulike havforhold. En stiv konstruksjon, eksempelvis en fast plattform, er konstruert med en naturlig svingeperiode som er mindre enn bølgeperioden. En fast plattforms naturlige svingeperiode øker imidlertid med økende vanndybde og nærmer seg bølgeperioden, noe som resulterer i store plattformbeve-gelser. En ettergivende konstruksjon som eksempelvis en TLP er konstruert slik at den naturlige svingeperiode er større enn bølgeperioden.

Kjente TLP konstruksjoner benytter tykkveggede stålrør som fortøyningselementer. Disse strekkstag har en vesentlig vekt i forhold til den flytende plattform, en vekt som må overvinnes av den flytende konstruksjons oppdrift. Eksempelvis omfatter strekkstagene som ble benyttet i den første kommersielle TLP som ble installert i Hutton-feltet i den britiske del av Nordsjøen på 145 m dybde, stålrør med en ytre diameter på 266,7 mm og en indre diameter på 76,2 mm.

Det vil tydelig fremgå, med økende lengde på fortøyningsele-mentene som kreves for en strekkstagplattform på dypere og dypere vann, at den flytende konstruksjon må ha den nødvendige oppdrift for å overvinne den ekstreme vekt av slike fortøy-ningselementer og denne må være meget stor og dermed bli uøkonomisk. Videre vil håndteringsutstyret for installasjon og opphenting av de lange tunge strekkstag tilføre betydelig ytterligere vekt og kompleksitet til en strekkstagplattform. Fløtesystemer kan benyttes, men det stilles spørsmål ved deres pålitelighet. I tillegg forårsaker de en økning av de hydrodynamiske krefter mot konstruksjonen.

I et forsøk på å senke vekten av dypvannsstrekkstag mens de tunge stålrørs styrke opprettholdes, er det foreslått å benytte komposittstrukturer av karbonfiber og/eller aramidfiber, med høy elastisitetsmodul. Selv om det herved foreligger en vesentlig reduksjon i vekten av slike komposittstrekkstag, er slike strukturer følsomme overfor støtpåvirkning. I tillegg gjør de relativt store kostnadene for råmaterialene, bruk av komposittkonstruksjoner også kostbare og dermed uøkonomiske for andre installasjoner enn for å fremstille store undervanns oljelagringsstrukturer eller på meget dypt vann.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en av stål

og fiber sammensatt konstruksjon for bruk som et strekkstagelement i en strekkstagplattform som kan gis nøytral oppdrift

i vann. En slik konstruksjon er lettere enn vanlige tykkveggede stålrør, men har forbedret motstand mot skade og lavere kostnader i forhold til fiberforsterkede, sammensatte komposittstrukturer.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en anordning for briik

i et strekkstagelement for en flytende offshorekonstruksjon, indre og ytre metalliske rørlegemer som er fast forbundet med hverandre i deres ender og som avgrenser et ringrom mellom seg. Det ytre rørformede legeme har en indre vegg som avgrenser ringrommet. Flere i det vesentlige i lengderetningen innrettede fibre anordnet i en harpiksmatriks er forbundet med det ytre

rørlegemes indre flate for å øke dets strekkstyrke.

Ytterligere i henhold til oppfinnelsen omfatter den beskrevne anordning videre syntaktisk skum som fyller resten av ringrommet for å sikre anordningens oppdrift og for å frembringe ytterligere stivhet og motstand mot kollaps.

Ifølge oppfinnelsen er videre flere av de ovenfor beskrevne anordninger festet ende mot ende og forbundet til et forankringslegeme på havbunnen og til en flytende plattform og videre strekksatt for å frembringe et strekkstagelement for en slik flytende plattform.

Det er således et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe et lettvekts fortøyningselement til lav kostnad for flytende offshorekonstruksjoner.

Det er videre et mål for foreliggende oppfinnelse å

frembringe et lettvekts fortøyningselement til lav kostnad som vil tillate å utvide bruken av strekkstagplattformens teknologi til dypere vann enn det i dag er økonomisk mulig ved bruk av strekkstagelementer fremstilt kun av stål.

De ovenfor nevnte og andre mål oppnås med den foreliggende oppfinnelse som beskrives i det etterfølgende i sammenheng med en foretrukket utførelse vist på tegningen, hvor fig. 1 skjematisk viser et sideriss av en strekkstagplattform hvor de sammensatte fortøyningselementer ifølge den foreliggende oppfinnelse kan benyttes og fig. 2 viser et lengdesnitt av en fortøyningsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Tegningene viser en foretrukken utførelse av oppfinnelsen og fig. 1 viser en offshorestrekkstagplattform 10. Strekkstagplattformen 10 omfatter generelt en plattform 12

som flyter på et vann 14 og som er forankret til havbunnen 16 ved hjelp av flere strekkstagelementer 18 som strekker seg mellom den flytende plattform 12 og forankringsanordninger 20 anordnet på havbunnen 16. Forankringsanordningene 20 er inn-

rettet for tilkobling til flere strekkstagelementer 18 og er festet i stilling ved hjelp av flere pæler som strekker seg ned i havbunnen 16.

I henhold til en foretrukken utførelse av oppfinnelsen omfatter strekkstagelementene 18 flere sammensatte stål-og fiberrøranordninger 22 med liten vekt som er forbundet med hverandre i deres ender ved hjelp av flere metallkoblinger 24. Strekkstagelementene 18 holdes i konstant strekk mellom forankringen 20 og den flytende plattform 12 ved hjelp av den flytende plattforms 12 oppdrift som konstant holdes over dens operasjonsvekt under alle forhold.

De sammenkoblede anordninger 22 med fortøyningsele-menter 18, av stål og fiber, omfatter et metallisk ytre rør-legeme 26 med en kobling 28 som har ytre gjenger i en ende og en kobling 30 i den motsatte ende med indre gjenger. De gjengede koblinger er innrettet for sammenkobling med andre rørformede anordninger 22. Et andre rørelement 32 med mindre diameter er anordnet konsentrisk i det ytre rørlegeme 26 og er festet til dette nær deres endepartier med sveisesømmer 34, 36 nær de respektive koblingspartier 28, 30.

De konsentriske indre og ytre rørlegemer 32, 26 danner mellom seg et ringrom 36. I henhold til oppfinnelsen har ringrommets 36 ytre vegg 38 flere i lengderetningen orienterte forsterkningslegemer 40 av fibre i en harpiksmatriks og festet til veggen. I den foretrukne utførelse er i lengderetningen orienterte aramidfibre forbundet med hverandre og med den ytre vegg 38 ved hjelp av en epoksyharpiks. Fiberelementene øker i stor grad den rørformede anordnings 22 strekkstyrke. Mens aramidfibre foretrekkes på grunn av deres store strekkstyrke, kan andre fibrøse materialer benyttes i stedet eller benyttes i kombinasjon med aramidfibre, eksempelvis fibre av karbon, boron, glass o.l. Mengden og typen fibre som benyttes kan variere for hvert enkelt bruksområde slik at det krevede lastbærende tverrsnittsareal for fibrene foreligger innenfor ringrommet 36.

Selv om feste av det fibrøse materiale 40 til ringrommets 36 ytre vegg 38 kan være tilstrekkelig for å holde fibrene i kontakt med røranordningen 22, kan øvre og nedre klemlegemer 42 og 44 benyttes for a sikre positivt v. inngrep mellom fiber- og harpiksblandingen 40, til resten av den rørformede anordnings struktur. Ved den foretrukne utførelse på fig. 2 strekker de øvre og nedre klemlegemer 42, 44 seg slik at de er sveist til konstruksjonen i sammen med det ytre rørformede legeme 26 og det indre rørformede legeme ved

sveisene 34.

I henhold til et ytterligere aspekt av en foretrukken utførelse av oppfinnelsen, er den resterende del av ringrommet 36 fylt med et materiale for å gi anordningen 22 ytterligere stivhet og motstand mot kollaps. Ringrommet 36 kan fylles med skum 46 av en hvilken som helst type, eksempelvis polyuretanskum, hvis densitet kan varieres ved skumming på

plassen, polystyrenskum eller det kan benyttes en epoksysyntaktisk skum med hule mikroglasskuler.

En sammensatt konstruksjon som vist på fig. 2 er bygd opp ved bruk av ytre rørlegemer med en ytre diameter på 610 mm og en veggtykkelse på 6,33 mm, samt et indre rørlegeme med 273 mm ytre diameter og 6,35 mm veggtykkelse. Kevlar aramidfiber er festet til de ytre rørlegemers indre vegg. Resten av ringrommet er fylt med et av de foran nevnte stive skummaterialer. Dersom en strekkbelastning kun bæres av strukturens stålpartier og under antakelse av at strukturen er belastet opp til en flytegrense på 344 MPa, vil strukturens kapasitet være omtrent 610 t. Et sammensatt legeme i henhold til foreliggende oppfinnelse med aramidfiber med et tverrsnittsareal på 465 cm^ ville ha en kapasitet på 1634 t hvor stålet igjen ef belastet opp til en flytegrense på 344 MPa. Dette er basert på en elastisitetsmodul for aramidfibe på

124 100 MPa under antakelse av at den del av den aksiale belastning som hvert materiale bærer, er en funksjon av pro-duktet av materialets areal og dets elastisitetsmodul. Hvert materiales tverrsnittsareal kan optimeres ved konstruksjons-arbeid for hvert spesifikke bruksområde.

Resten av ringrommet fylles med skum med en spesifikk vekt på 240 kg/nr*. Ved bruk av en spesifikk vekt for aramidfibre på 1442 kg/m^, vil vekten av den sammensatte anordning i luft bli 246 kg/m. Anordningen vil fortrenge 245 kg/m i vann når rørets indre er fylt med vann. Således vil det sammensatte fortøyningselement med dobbelt stålvegg og fiber ifølge foreliggende oppfinnelse i det vesentlige ha nøytral oppdrift i vann.

Mens det sammensatte stigerørs .indre og ytre

rørlegemer fortrinnsvis fremstilles av stål, kan imidlertid også andre metaller eller sammensatte materialer benyttes.

Videre kan belegg for å hindre begroing og/eller katodisk beskyttelse, være anordnet på konstruksjonen.

Claims (13)

1. Konstruksjon for bruk i et strekkstagelement (18)

for en flytende offshorekonstruksjon (12), KARAKTERISERT VED at den omfatter et indre rørlegeme (32) og et-, ytre rørlegeme (26), at de indre og ytre rørlegemers endepartier er festet til hverandre, at de indre og ytre rørlegemer mellom seg danner ringrom (36) og at flere i rørlegemenes lengderetning orienterte fibre er festet til det ytre rørlegemes indre flate i ringrommet for derved å øke konstruksjonens strekkstyrke.

2. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at de indre og ytre rørlegemer (32, 26) er fremstilt av metall.

3. Konstruksjon ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at de indre og ytre rørlegemer (32, 26) er fremstilt av stål.

4. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fibrene er anordnet i en harpiksmatriks som er festet til det ytre rørlegemes indre flate.

5. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fibrene omfatter aramidfibre.

6. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fibrene omfatter karbonfibre.

7. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fibrene omfatter boronfibre.

8. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fibrene omfatter glassfibre.

9. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter klemanordninger (42, 44) for feste av fibrene, idet klemanordningene er fast forbundet med de indre og ytre rørlegemer.

10. Konstruksjon ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at et stivt skum (46) er anordnet i og fyller ringrommet (36).

11. Konstruksjon ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at skummet omfatter polyuretanskum.

12. Konstruksjon ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at skummet omfatter polystyrenskum.

13. Konstruksjon ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at skummet omfatter et epoksysyntaktisk skum med hule glasskuler.