NO172755B - Oscillerende off-shore plattform - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en frittstående oscillerende offshore-plattform for store havdyp og sterke strømmer og omfattende et dekk båret av et tårn som er forankret til havbunnen.

Bygging av plattformer på steder hvor havdybden overskrider 300 m, har nødvendiggjort utforming av nye konstruksjoner til understøttelse av bore- og produksjonsutstyr.

De fleste av disse utforminger har vært basert på fleksible konstruksjoner, f.eks. fleksible tårn som er leddet eller bardunert. Når statiske eller kvasi-statiske krefter frembragt av f.eks. vind, strømmer, dønninger etc, blir meget store, trenger de nevnte konstruksjoner materialmengder som er meget store, og som t.o.m. kan bli prohibitive. F.eks. når strømmene øker over hele havdybden, vil det veltemoment som oppstår ved havbunnen øke, og det er da nødvendig å øke det opprettende moment av de leddede konstruksjoner eller øke stivheten av de fleksible tårn.

Når det gjelder leddede tårn, kan det opprettende moment økes ved at flottørene gjøre større. Økning av størrelsen på flottørene bevirker imidlertid også økning av den frembragte strømkraft, noe som gjør ytterligere økning av størrelsen på flottørene nødvendig. Ved gjentagelse av beregningen er det mulig å nærme seg en løsning som er matematisk mulig, men som krever slike stålmengder at det kan være tvilsomt om en slik løsning er teknisk gjennomførbar.

Med hensyn til bardunerte tårn, f.eks. slike som er beskrevet

i US-A-4 417 831, kan strømpåvirkningen motvirkes ved en meget stor økning av bardunenes stivhet. Denne generelle økning av stivheten av tårn/bardun-systemet uten en økning av systemets masse resulterer imidlertid i en reduksjon av konstruksjonens naturlige svingeperiode, som således kommer innenfor området for svingeperioden av dønningene. Det vil da bli nødvendig å øke konstruksjonens treghet for å forlenge den naturlige svingeperiode. Igjen betyr økning av bardunenes dimensjoner og konstruksjonens treghet at meget større stålmengder må benyttes

1 konstruksjonen.

Hva angår fleksible tårn, f.eks. slike som er beskrevet i FR-A-2 552 461, så motvirkes strømpåvirkningen av en økning av tårnets stivhet. Dette reduserer proporsjonalt konstruksjonens naturlige svingeperiode, som da kommer innenfor periodene for dønningene. For å øke denne naturlige svingeperiode er det derfor nødvendig å øke dimensjonene på den stabiliserings-innretning som befinner seg på den øvre del av disse tårn. Dette innebærer en risiko for at dynamiske krefter som oppstår i den fleksible del, skal øke og derved gjøre det nødvendig å gjøre tårnet enda stivere. Dersom beregningen konvergerer mot en løsning, hvilket ikke alltid er tilfelle, er de beregnede materialmengder av en slik størrelse at tvil igjen oppstår vedrørende den tekniske og økonomiske gjennomførbarhet.

I US 4 610 569 er det beskrevet et tårn hvis stabilitet i forbindelse med sidekrefter blir sikret ved hjelp av barduner. Ved en alternativ utførelsesform kan bardunene være erstattet av oppdriftsbeholdere som er anordnet i det øvre parti av tårnet, idet hele den opprettende kraft da blir skaffet av oppdriftsbeholderne, som ved et leddforbundet tårn.

Ved plattformen ifølge oppfinnelsen skaffes opprettingskraften primært av potensiell energi som er lagret i de fleksible pæler, som følge av de trykk- og strekkrefter som dannes ved det nedre område av det øvre parti av plattformen under påvirkning av sidekrefter.

De flytelegemer som er anordnet ved plattformen ifølge oppfinnelsen, blir benyttet til reduksjon av den tilsynelatende vekt og/eller til å øke den naturlige svingeperiode. De blir ikke benyttet til å skaffe opprettingskraften.

Den gruppe av pæler som er beskrevet i US 4 610 569 tilsvarer ikke de fleksible pæler ifølge oppfinnelsen. Hele gruppen kan riktignok være forskjøvet i forhold til plattformens vertikalt forløpende senterlinje dersom f. eks. de resulterende vertikale laster av dekket er eksentriske, men den skaffer ikke noe opprettende moment i likhet med pælene ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen gjør det mulig i stor grad å redusere de ulemper som oppstår som følge av statiske og kvasi-statiske krefter. Dette er basert på de følgende betraktninger: dersom der ikke fantes noen dønninger, dvs. ingen dynamisk påvirkning, ville man ha benyttet en faststående konstruksjon, f.eks. av "jacket"-typen med et metallfagverk, og dette er stadig den beste løsning for å motstå statiske krefter.

Den naturlige svingeperiode for denne konstruksjon på store dyp ligger imidlertid innenfor området for dønningenes peri-oder, og dette medfører betydelig dynamisk forsterkning. Installasjon av en fleksibel konstruksjon over en faststående konstruksjon gjør det mulig å dra nytte av begge konstruk-sjonenes fordeler uten å bli belastet med deres ulemper. På grunn av sin dynamiske oppførsel gjør den fleksible del som er installert i den øvre sone, det mulig å filtrere bort dønnings-kreftene, mens den faststående del som er anbragt i den nedre sone, gjør det mulig effektivt å motstå de statiske krefter.

Det karakteristiske ved plattformen ifølge oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte, kjennetegnende trekk. Off-shore-plattformen ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at tårnet er satt sammen av en stiv, faststående konstruksjon som er forankret til havbunnen, og en oscillerende konstruksjon som bæres av den faststående konstruksjon og er forbundet med denne ved hjelp av et system som omfatter fleksible pæler og en skjærinnretning, samtidig som den oscillerende konstruksjon er utstyrt med en flottør.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel på en plattform ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 er et oppriss av en plattform ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 og 3 viser snitt langs linjene II-II resp. III-III på fig. 1. Fig. 4 er et riss av den med IV angitte detalj på fig. 1 i større målestokk. Fig. 5 er et riss av den med V angitte detalj på fig. 1 i større målestokk. Fig. 6 viser et lengdesnitt i større målestokk gjennom den med VI angitte detalj på fig. 1.

Den på fig. 1 viste off-shore-plattform ifølge oppfinnelsen har form som et tårn 1 som bærer et dekk 2 som bore- og produksjonsutstyret er installert på.

Tårnet er satt sammen av to deler, nemlig en nedre del som utgjøres av en stiv, faststående konstruksjon 3, f.eks. av "jacket"-typen med et metallfagverk, forankret til havbunnen og en øvre del som utgjøres av en oscillerende konstruksjon 4 i form av et metallfagverk og bæres av den nedre konstruksjon, og som er forbundet med denne ved hjelp av et system av fleksible pæler 5 og en skjærinnretning 9.

Den nedre, faststående konstruksjon overfører reaksjons-kreftene fra den oscillerende konstruksjon 4 og de strøm-krefter som utøves direkte på denne, til havbunnen. Denne konstruksjon er av en vanlig type og har et mangekantet tverrsnitt som i dette spesielle tilfelle er kvadratisk. Den er forankret ved hjelp av pæler 6 som befinner seg nede i havbunnen, og som ved sitt nedre parti er stivt forbundet med føringer 7 som er festet til konstruksjonens ben 8 (fig. 5).

Den oscillerende konstruksjon 4 er av den type som har fleksible pæler 5, og som er forbundet med den faste konstruksjon ved hjelp av skjærinnretningen 9, som skal beskrives senere.

De fleksible pæler er anbragt på konstruksjonens periferi og er i det viste utførelseseksempel gruppert i konstruksjonens hjørner, og de er stivt forbundet med det oscillerende tårn i det øvre parti. Pælene er på kjent måte ført i hylser 10 langs den oscillerende konstruksjon og deretter langs den faststående konstruksjon, hvis nedre parti de er forankret stivt til (fig. 2, 3 og 6), slik at de lengdevariasjoner som pælene utsettes for som et resultat av det øvre tårns svingninger, fordeles over en tilstrekkelig stor lengde av pælene.

Fig. 6 viser forankringen av en fleksibel pæl i en hylse 11 som er festet til det nedre endeparti av den faststående konstruksjon. Pælen kan være festet i hylsen på kjent måte ved hjelp av injisering med sementvelling eller ved sveising.

Ifølge andre utførelsesformer er de fleksible pæler festet til den faststående konstruksjon på et øvre nivå<*>eller innleiret i havbunnen.

De fleksible pæler 5 som er anbragt på den fleksible konstruksjons periferi, sikrer den oscillerende konstruksjons stabilitet ved å tilveiebringe et opprettende moment som er lik produktet av pælenes aksiale stivhet og kvadratet av avstanden til det geometriske senter av rotasjonsplanet. De fleksible pæler sikrer også at alle de vertikale krefter som oppstår i konstruksjonen, blir overført til den nedre del.

Skjærinnretningen 9 som befinner seg på det nedre parti av den oscillerende konstruksjon, gjør det mulig å overføre de skjærkrefter og dreiemomenter som oppstår i denne konstruksjon, til den nedre, faststående konstruksjon 3.

Skjærinnretningen er sammensatt av et sett av skjæretapper 91 som befinner seg ved den øvre ende av den nedre konstruksjon 3, og som glir i føringer 92 på den øvre konstruksjon, mens de samtidig forhindrer horisontal forskyvning.

Stivheten av dé fleksible pæler 5 er slik at den totale, sammenhengende vinkel som dannes av den oscillerende konstruksjon, frembringer akseptable aksiale spenninger i disse pæler. Det kan være nødvendig å redusere de aksiale spenninger i pælene ved hjelp av en flottør 12. Dette element vil ha en form som tillater dels en reduksjon av den tilsynelatende vekt, dels en økning av den naturlige svingeperiode. I noen tilfeller, når oppdriftsfunksjonen er unødvendig, fyller dette element bare den funksjon å øke den naturlige svingeperiode.

Flottøren er anbragt under den gjennomsnittlige vannstand, og dens øvre ende befinner seg i en sone på mellom ca. 1/30 og 1/10 av vanndybden. I det viste eksempel ligger flottøren ca.

25 m under overflaten.

I det samme, viste eksempel er høyden av den faststående konstruksjon større enn halve vanndybden og følgelig større enn høyden av den oscillerende konstruksjon. Generelt ligger overgangen mellom den nedre og den øvre konstruksjon i en sone på mellom 30 og b0% av vanndybden fra vannoverflaten.

En plattform ifølge oppfinnelsen, som i det valgte eksempel er beregnet for en vanndybde på 600 m, og som kan motstå strømmer med en hastighet på 2 m/s ved overflaten og 1 m/s ved havbunnen, oppviser en besparelse i vekten av konstruksjonsstål i størrelsesorden 37 000 tonn i forhold til en vanlig oscillerende plattform. Denne besparelse representerer 40-50$ av den benyttede stålmengde.

Ifølge ikke viste utførelsesformer består den faststående konstruksjon og/eller den oscillerende konstruksjon av et metall-skaft eller av en mangecellet konstruksjon av betong.

Claims (7)

1. Frittstående oscillerende offshore-plattform for store havdyp og sterke strømmer og omfattende et dekk (2) båret av et tårn (1) som er forankret til havbunnen, karakterisert ved at tårnet er satt sammen av en nedre del som utgjøres av en faststående, stiv konstruksjon (3) forankret til havbunnen, og en øvre del som utgjøres av en oscillerende konstruksjon (4), understøttet av og forbundet med den faststående konstruksjon ved hjelp av et system bestående dels av fleksible pæler (5) hvis ender er festet til den faststående konstruksjon (3) og til den oscillerende konstruksjon (4), idet de fleksible pæler er fordelt langs periferien av tverrsnittet av den øvre del for å skaffe et opprettende moment som utøves i en hvilken som helst retning, dels av en skjærinnretning (9) til overføring av horisontale skjærkrefter fra den øvre del til den nedre del av tårnet, og at den oscillerende konstruksjon (4) er utstyrt med en flottør (12).

2. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nedre ende av de fleksible pæler (5) er festet på et hvilket som helst nivå til den faststående konstruksjon eller er nedsenket i havbunnen.

3. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at flottøren (12) er anbragt under vannoverflaten, idet dens øvre ende befinner seg i en sone på mellom 1/30 og 1/10 av vanndybden.

4. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at grensen mellom den faststående, stive konstruksjon (3) og den oscillerende konstruksjon (4) ligger i en sone på mellom 30 og b0% av vanndybden under vannoverflaten.

5. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at flottøren er redusert til et element hvis hovedfunksjon er å øke den naturlige svingeperiode.

6. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst én av konstruk-sjonene er av "jacket"-typen med et metallfagverk.

7. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst én av konstruk-sjonene er av flercelle-typen og fremstilt av betong i