NO172483B - Fremgangsmaate og anordning for styrt nedsenkning og plassering av et stort, tungt senkeelement ned paa havbunnen - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og anordning for nedsenking og plassering av store, tunge elementer på anvist plass på sjøbunnen.

Oppfinnelsen er særlig fordelaktig på store dyp og for elementer med en vekt på 1000 - 5000 tonn eller mer som skal installeres med stor nøyaktighet i værutsatte farvann (åpent hav), og kanskje i umiddelbar nærhet av allerede installert utstyr som lett kunne skades ved kollisjon med elementet under installasjonsarbeidet.

I følgende beskrivelse er elementene som skal senkes ned og plasseres på sjøbunnen generelt gitt betegnelsen : "senkeelementer".

Det er kjent å benytte store, tunge senkeelementer som forankring for strekkstagplattformer, brokar eller lignende. Det dreier seg i noen tilfeller om senkeelementer av betydelig vekt. Hvis kraner benyttes til nedsettingen, stilles det store krav til krankapasiteten, ikke minst fordi krankapasiteten i tillegg til senkeelementets vekt også må dimensjoneres for å ta ekstra krefter som kranfartøyets bevegelser på grunn av vind, sjø og dønning innebærer, og som overføres over vaiere og lignende fra kranfartøyet til senkeelementet. Ved større dyp vil også vaiernes egen vekt sette grenser. Dette problemet søkes unngått ved bruk av lette vaiere av nye mate-rialer. Dessuten vil egensvingningens periode øke fra små og ufarlige verdier til verdier som er sammenlignbare eller identiske med perioder for havbølger og/eller med kranfartøy-ets bevegelsesperiode.

Det er også kjent å forsyne senkeelementer med egen

oppdrift slik at nedsettingskraften blir redusert eller eliminert. Oppdriften fremskaffes gjerne ved at senkeelementet har innebygde permanente kamre som kan fylles med vann eller annet ballastmateriale etter installasjonen.

Det er videre kjent å kople senkeelementer sammen med egne flytelegemer som ved styrt ballastering/deballastering benyttes ved nedsenking av senkeelementet uten bruk av kran til liten høyde over havbunnen og å forflytte senkeelementet i denne høyde til det ønskete installasjonsstedet. Denne høyde sikres fra overflaten enten fra kran (hvis det benyttes), eller ved hjelp av en flytende ballasterbar bøye, og hvor den siste del av nedsenkingen til havbunnen foregår ved styrt ballastering av senkeelementet/flytelegemene som er forbundet med bøyen med en vaier av bestemt lengde. Bøyen er gitt lite vannflateareal, og har en høyde som overstiger den gjenværende høyde over havbunnen, ref. norsk patentsøknad nr. 88 1858. I norsk patentsøknad nr. 88 2948 er en tilsvarende bøye benyttet for identifisering av senkeelementets posisjon under nedsettingen.

I alle disse tilfeller (dvs. enten kran, selvflytende senkeelement med bøye, eller senkeelement med oppdriftslegeme og bøye), styres senkeelementets bevegelser og posisjon både i vertikal og horisontal retning fra overflaten.

God styring i vertikalretning oppnås ved de konvensjonel-le systemer, og uønskete bevegelser blir eliminert. Kortperi-odiske bevegelser som er indusert av bølger, elimineres ved systemets ufølsomhet på grunn av lang egensvingningsperiode; og langperiodiske bevegelser som er indusert av tidevann elimineres ved å justere vaierlengden (dersom kran benyttes), eller ved hjelp av ballastering/deballastering hvis overflate-bøye benyttes.

Uønskete bevegelser i horisontalplanet induseres av

a) kranbevegelse og hydrodynamiske krefter på grunn av strøm (og bølger, dette bare på grunt vann), hvis kran

benyttes,

b) hydrodynamiske krefter, hovedsakelig på grunn av strøm, hvis senkeelementet installeres ved hjelp av egen eller

"tilført" oppdrift.

Disse bevegelsene forsøkes motvirket fra overflaten på en "aktiv" måte ved hjelp av strekk i styrevaierne fra hjelpefar-tøy. Dersom strekk fra hjelpefartøy ved et uhell faller bort (brudd i vaier, motorstopp, forankring løsner), går styringen tapt, og senkeelementet settes i ukontrollert bevegelse. Utilsiktet bevegelse kan også forekomme ved feilmanøvrering av hjelpefartøyet. For å begrense konsekvensene av slike hendel-ser kan det være aktuelt med spesielle anordninger for å beskytte eksisterende anlegg på havbunnen. Fremgangsmåten er kostnadskrevende, idet store krefter også virker på senkeelementet som må forsterkes.

Disse problemer løses ifølge foreliggende oppfinnelse ved at store, tunge senkeelementer enten med egen oppdrift eller med tilkoplet flytelegeme senkes til liten høyde over havbunnen ved ballastering på i og for seg kjent måte.

Oppfinnelsen er basert på den idé at det i forbindelse med den avsluttende posisjonering og plassering av senkeelementet på sjøbunnen anordnes en fleksibel, bunnbasert styring av senkeelementet og dets bevegelser ved at senkelegemet tilknyttes et system av "klumpvekter" hvis stilling og bevegelser kan styres fra sj©overflaten. Derved kan overflate-bøyer og lignende ekstrautstyr sløyfes.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går nærmere bestemt ut på at senkeelementet i nedsenkingsfasen er anordnet med et antall langs kanten på elementets underside, i kjettinger eller lignende nedhengende klumpvekter, enkelte eller alle av hvilke klumpvekter forbindes direkte til hjelpefartøy via styrekabel hvis nedre ende forbindes til nedre enden av hver enkelt klumpvekt. Senkeelementet med klumpvektene senkes med egnete midler inntil denne enheten inntar en stabilisert stilling i kort avstand over sjøbunnen med en eller flere av klumpvektene i bunnkontakt og hensiktsmessig slik at enheten er posisjonert i en viss sideveis avstand fra det påtenkte endelige plasseringssted, hvorpå senkeelementet forflyttes sideveis til plasseringsstedet ved hjelp av hjelpefartøyet eller fartøyene via styrelinen eller -linene som er forbundet med klumpvekter som er plassert på siden av senkeelementet som vender i bevegelsesretningen; på plasseringsstedet tilstrammes nevnte styreline eller -liner fra hjelpefartøyet og bevirker at klumpvektene via sin opphengning utvirker en kontrollert justering og sidestabilisering av senkeelementet i riktig posisjon over plasseringsstedet, hvoretter senkeelementet senkes ned på sjøbunnen ved ballastering, samtidig som klumpvektene med opphengning blir beliggende på sjøbunnen utenfor senkeelementets omkrets.

Klumpvektene holder senkeelementet i nøyaktig høyde over havbunnen uansett vannstanden (tidevann), og dessuten også i tilfeller med ujevn eller skrånende havbunn. Horisontale bevegelser motvirkes av jordmotstanden mot bevegelsen av klumpvektene langs havbunnen. Systemet er "passivt", dvs. ingen bevegelse uten at den er påtvunget fra overflaten/ hjelpefartøy. Dette gir stor sikkerhet mot ukontrollert bevegelse. Klumpvektene festes til senkeelementets nedre ytterkanter når senkeelementet med eller uten påsittende flytelegeme avhengig av installasjonemetode er brakt til nedsnkingsstedet og med vektenes andre ende festet til styre-vaiere som går til hvert sitt hjelpefartøy.

Nedsenkingen skjer ved styrt ballastering av flytelegemet eller -legemene og med slakke vaiere, slik at klumpvektene henger ned langs senkeelementets ytterkanter.

Istedenfor flytelegemer som ballasteres kan anvendes overflatebaserte kraner for nedsenking av senkeelementet til likevektsstiIlingen over sjøbunnen, eller senkeelementet kan utstyres med egne ballasteringstanker, slik at det utgjør et flytelegeme før nedsenkingen.

Klumpvektene i kontakt med havbunnen tar opp horisontale komponenter av kreftene og frakoples etter at senkeelementet er sikret korrekt posisjon i horisontalplanet og kontakt med havbunnen.

Teoretisk sett er det tilstrekkelig at en enkelt av klumpvektene er tilknyttet et hjelpefartøy, og det er likeledes mulig å benytte i alt bare to klumpvekter henholdsvis plassert på to motstående sider, men for fullstendig styring av senkeelementet bør anvendes tre eller flere klumpvekter fordelt langs omkretsen av senkeelementet, med minst to av klumpvektene forbundet med hvert sitt hjelpefartøy.

Horisontal avstand til/fra hjelpefartøy er en nokså ufølsom parameter ved bruk av klumpvekter hengende på styre-vaiere. Styrevaiernes vinkel ved havbunnen kan variere mellom 0° og 45° (som tillater en meget kort horisontalavstand mellom

hjelpefartøyet og senkeelementet).

Nedsenkingen fortsetter til del av klumpvektene legger seg på havbunnen. Senkeelementet/flytelegemene ballasteres til en likevektsstilling over bunnen med del av klumpvektene hvilende på havbunnen i en posisjon nær installasjonsstedet.

Vekten av klumpvektene bestemmes ut fra kravet til likevekt mellom strømkrefter på senkeelementet (og flytelegemet hvis det brukes) og jordmotstand mot sideveis bevegelser av klumpvektene. Senkeelementer med neddykket vekt opptil 3.500 tonn installert ved hjelp av flytelegemer krever klumpvekter av neddykket vekt ca. 50 tonn ved ugunstige bunn- og strømfor-hold.

Senkeelementet bringes til korrekt posisjon ved at senkeelementet/ flytelegemet trekkes til installasjonsstedet av det aktuelle hjelpefartøyet. Den andre vaieren holdes tilstrekkelig slakk til at del av dennes klumpvekt forsatt under den avsluttende posisjoneringen vil skrape langs bunnen. Posisjonen kan justeres i horisontalretning og orientering ved hjelp av øvrige hjelpefartøy. Når senkeelementet med flytelegeme har nådd korrekt monteringssted, utføres ballastering av flytelegemet/senkeelementet til god kontakt med havbunnen på kjent måte. Klumpvektene ligger "strukket" fra senkeelementet fordi alle kreftene som har virket på dem har hatt retning fra konstruksjonen, dvs. trekk fra hjelpefartøyet på den ene siden, og motstand fra havbunnen på den andre siden. Disse kommer derfor ikke i konflikt med senkeelementet som skal settes på havbunnen. Etter at senkeelementet er på plass og vatret, løses flytelegemet og klumpvektene fra senkeelementet. Flytelegemet med påsittende klumpvekter deballasteres og bringes til overflaten hele tiden koplet til hjelpefartøyene med vaiere. Flytelegemene med klumpvekter kan så benyttes til nye oppdrag. Ballastering/deballastering av flytelegemet/ senkeelementet styres hele tiden fra hjelpefartøy over en styreledning (umbilical). Hvis det ikke benyttes flytelegeme, kan klumpvektene etterlates på havbunnen eller fjernes (dumpes, eller tas opp til overflaten for transport videre). Klumpvektene kan fordelaktig bestå av et antall betongklosser koplet sammen til en bøyelig matte. En slik matte danner et definert areal og vektfordeling på havbunnen og gir dermed grunnlag for pålitelig beregning av jordmotstanden. Effektiviteten av klumpvektmattene kan økes ved bruk av ribber på undersiden som penetrerer de øverste bunnlag. Tung kjet-ting kan også brukes enkeltvis eller i form av matter. Det er mulig og antakelig i noen tilfeller fordelaktig å feste klumpvektene direkte til senkeelementet. De kan da bli permanent festet, liggende på havbunnen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives ved et ut-førelseseksempel hvor et element transporteres, senkes ned og posisjoneres ved hjelp av et flytelegeme og anvendelse av to klumpvektmatter og illustrert ved vedlagte tegninger hvor like tall betegner like deler på alle figurer og hvor: Fig. 1 viser et senkeelement tilkoplet flytelegeme som taues til monteringsstedet, Fig. 2a - f viser klargjøring, senking og posisjonering av et senkeelement med flytelegeme, Fig. 3a - c viser elementet på plass på havbunnen og fjerning av flytelegemet med vaiere og klumpvekter fra senkeelementet, og Fig. 4 viser en utførelse av klumpvekter tilpasset et flytelegeme som består av to betongtanker hvor klumpvektene brukes også for trimming av tankene i visse faser av deres bruk. Prinsppene ved bruk av klumpvekter ved installasjon av elementer uten bruk av flytelegeme er stort sett de samme og derfor ikke vist her. Fig. 1 viser et senkeelement 2 tett koplet til et flytelegeme 4 som består av to tanker 6,8 som blir tauet med vaier 10 til installasjonssstedet av et hjelpefartøy 12a. Senkeelementet og flytelegemet er ballastert til et lite fribord for å redusere virkning av f.eks. bølger og vind i overflaten 5. Fig. 2a viser situasjonen når slepet er ved installasjonsstedet. En styreledning (umbilical) 14 etableres mellom et hjelpefartøy 12 og flytelegemet og senkeelementet 2,4. Umbilicalen 14 har nødvendige ledninger for å styre ballaster-

ing/deballastering og for koplingsarbeider. Styreledningen (umbilical) kan om nødvendig betjenes fra særskilt hjelpefar-tøy.

To klumpvekter 16,18 som under uttauing er festet langs flytelegemets sider, er senket ned og henger ned langs kanten på senkeelementets underside. I en foretrukket fremgangsmåte etableres et feste 2 0 langt nede på senkeelementet for å ta opp horisontalkrefter fra klumpvektene under posisjoneringen. Fig. 2b viser klumpvektenes nederender 2 5,27 koplet til vaiere 22,24 som styres fra hvert sitt hjelpefartøy 12a, 12b, og fig. 2c viser nedsenkingen i gang mot sjøbunnen B. Ballasteringen styres gjennom umbilical 14. Vaierne 22,24 holdes slakke, og de tar ikke del i nedsenkingen. På fig. 2d har deler av klumpvektene lagt seg på havbunnen, og ved styrt ballastering vil senkeelementet med flytelegemet og hengende del av klumpvektene ballasteres til likevekt, og vil bli svevende i fik-sert høyde over havbunnen og med en del av klumpvektene hvilende på havbunnen og dermed sikre en "forankring" av senkeelementet 2 med flytelegemene 6,8 på et sted hvor posisjoneringen kan begynne (ca. 100 - 500 m fra installasjonsstedet) .

På fig. 2e vises hvordan senkeelementet 2 med påsittende flytelegemer 6,8 via vaieren 24 som løper til et av hjelpefar-tøyene 12b trekkes i pilens retning P mot installasjonsstedet 10, mens det andre hjelpefartøyet 12a stadig holder slakk vaier 22 og fig. 2f viser hvordan det andre hjelpefartøyet 12a kan bidra til en korrigering av den inntatte posisjonen av senkeelementet 2 gjennom en mindre tilbaketrekking.

Når senkeelementet 2 ved hjelp av klumpvektsystemet er blitt nøyaktig posisjonert rett over plasseringsstedet 10, ballasteres flytelegemene 6,8 (alternativt senkelegemets 2 egne ballasteringstanker), med den virkning at senkeelementet 2 settes ned i forsvarlig bunnkontakt på eller over plasseringsstedet 10 som illustrert på fig. 3a. Deretter åpnes horisontalfestene 20 (se fig. 2a) mellom senkeelementet 2 og opphengningen for klumpvektene og koplingen mellom senkeelement og flytelegemer, med den virkning at flytelegemene 6,8 med klumpvektmattene 16,18 og styrevaierne 22,24 stiger opp mot sjøoverflaten som vist på fig. 3b. Deretter frakoples styrevaierne 22,24, samt styreledningen (umbilical) 14, klumpvektmattene 16,18 trekkes opp til transportposisjon på flytelegemene, hvoretter disse taues bort til nye oppdrag som vist på fig. 3c. Fig. 4a viser en flytetank 6 sett fra siden, hvor en klumpvektmatte 3 0 med styrevaierfeste 32 og ned- og opptrekks-vaier 34 er i transportposisjon sikret av en låse- og styre-anordning 36 med motstående føringsskinner 38,40. Fig. 4b viser snitt gjennom en av tankene 6 som danner flytelegemet, og med en klumpvektmatte i transportposisjon. Fig. 4c viser snitt gjennom en del av en klumpvektmatte 30 med de enkelte elementer 42 utformet som sylindre og forsynt med en gummilist 44 som vender mot elementet (ikke vist) for å dempe eventuelle støt i løpet av nedfiringen av matten 30 vist på fig. 4a. Elementene 42 kan være forsynt med ribber (ikke vist) mellom og beskyttet av gummilister 44 som sammen med ribbene penetrerer havbunnen og øker effektiviteten av matten 30. Fig. 4d viser en del av matten 30 sett fra siden hvor elementene 42 er festet til holdeplater 46 som er koplet til hverandre ved hjelp av rotasjonsfrie koplinger 48 for å danne en kjedelignende anordning.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for styrt nedsenking og plassering av et stort, tungt senkeelement, så som et fundament, på havbunnen, karakterisert ved at senkeelementet (2) i nedsenkningsfasen anordnes med et antall langs senkeelementets underkant, i kjettinger eller lignende, nedhengende klumpvekter, enkelte eller alle av hvilke klumpvekter forbindes direkte til et hjelpefartøy via en styreline eller -liner (22,24) hvis nedre ende forbindes til nedre enden av hver enkelt klumpvekt, senkeelementet (2) med klumpvektene (16,18) senkes med egnete midler inntil denne enhet inntar en høydestabilisert stilling i kort avstand over sjøbunnen (13) med noen eller alle av klumpvektene (16,18) i bunnkontakt og hensiktsmessig slik at enheten i nevnte stilling er posisjonert i en viss sideveis avstand fra det påtenkte endelige plasseringssted (10) , senkeelementet (2) forflyttes sideveis til plasseringsstedet (10) ved hjelp av hjelpefartøyet (12) eller -fartøyene (12) via styrelinen (22) eller -linene (22,24), hver av hvilke er forbundet med respektive klumpvekter (16) som er plassert på den side av senkeelementet (2) som vender i bevegelses-ret-ningen, samtidig som klumpvektene plassert på siden av og på motsatt side av senkeelementet (2) vil slepes langs bunnen, på plasseringsstedet tilstrammes styrelinen (22) eller -linene (22,24) tilknyttet hjelpefartøyet eller -fartøyene (12) i bevegelsesretningen med det resultat at klumpvektene på plasseringsstedet i alt vesentlig vil bli beliggende på sjøbunnen i en ring omkring og i alt vesentlig utenfor senkeelementets omkrets, med den virkning at klumpvektene via sin opphengning og posisjonering på sjøbunnen utvirker en kontrollert justering og sideveis stabilisering av senkeelementet i riktig posisjon over plasseringsstedet, hvoretter senkeelementet ved hjelp av ballastering eller på annen måte senkes ned på sjø-bunnen på plasseringsstedet, samtidig som klumpvektene med opphengningen blir beliggende på sjøbunnen utenfor senkeelementets omkrets.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at klumpvektene (16, 18) heises gradvis oppover i sin opphengning (34) under senkeelementets (6, 8) nedsenkning mot sjøbunnen, slik at en opprett-holder en forønsket slakk i klumpvektenes stilling i forhold til sjøbunnen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at senkeelementet (2) under nedsenkingsfasen fastgjøres løsbart på undersiden av ett eller flere flytelegemer (6,8) med regulerbar oppdrift og ved at klumpvektene via opphengningens øvre ender er løsbart fastgjort på flytelegemet (6,8) og henger ned langs utsiden av senkeelementet i posisjon i en viss avstand under senkelegemet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det benyttes minst to klumpvekter (16,18) posisjonert på motstående sider av flytelegemet eller senkeelementet eller fordelt rundt dette, og ved at det likeledes benyttes minst to hjelpefartøyer, hvert av hvilke via respektive styreliner er forbundet med hver sin klumpvekt.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at senkeelementet (2) slepes til det endelige plasseringssted i nevnte likevektsstilling med en del av klumpvektene i slepende kontakt med sjøbunnen.

6. Anordning til bruk for styrt nedsenking og plassering av et stort, tungt senkeelement av den art hvor senkeelementet i nedsenkningsfasen er anordnet med et antall langs senkeelementets (2) nedre underkant, i kjettinger e.l., nedhengende klumpvekter, enkelte eller alle av hvilke forbindes direkte til et hjelpefartøy via en styreline eller -liner (22,24), hvis nedre ende forbindes til en ende på respektive klumpvekt, og hvor klumpvektene i alt vesentlig vil bli beliggende på sjøbunnen på plasseringsstedet med innbyrdes avstand langs senkeelementets omkrets når senkeelementet er senket ned og posisjonert på sjøbunnen, karakterisert ved at klumpvektene består av et antall betongklosser som er koplet sammen til en bøyelig matte (30).

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at hver av klumpvektene i form av betongklosser er utformet som langstrakte eller sylin-derformede legemer (42,42,42), hvilke er fortløpende leddbart sammenkoplet parallelt side ved side ved respektive motstående ender og tilsammen danner en fleksibel matte (30).

8. Anordning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at klumpvektene er anordnet hev- og senkbare i styringer (36) montert vertikalt langs utsiden av flytelegemet (6,8).

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at flytelegemet (6,8) er utstyrt med midler (34) for heving og senking av klumpvektene (16,18,30,42,42,42,) i styringene (36) i forhold til flytelegemet (6,8) .

10. Anordning som angitt i hvilket som helst av kravene 6-9, karakterisert ved at styringene (36,38,40) for klumpvektene (16,18) er løsbart montert på utsiden av flytelegemet (6,8).