NO174377B - Offshore taarnkonstruksjon med en opprettstaaende oppdriftsmodul forbundet med en bunnforankret sokkelmodul - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fralands-tårnkonstruk-sjoner som innbefatter ettergivende konstruksjoner, hvilket i store trekk innebærer at en plattform eller et brønnhodedekk over eller under vannflaten er forbundet med en havbunnmodul eller sokkel gjennom tøyelige og strekkpåvirkede forbindelses-deler, hvor en øvre flytemodul påføres avvik i sideretning under innvirkning av bølgebevegelse, vind og strøm.

Ved en tidligere foreslått, ettergivende tårnkonstruksjon var det anordnet en midtre hovedkonstruksjonssøyle som raget oppad fra havbunnen og hvis øvre ende var forbundet under vannflaten med en hovedbøye som holdt søylen opprett under konstant strekkspenning. Et antall perifere ledninger for brønnfluider, som er anordnet parallelt med midtsøylen og forbundet med denne gjennom en rekke føringer, var hver for seg fastgjort i den øvre ende til en perifer bøye som opptok tyngden av den perifere ledning, for å forebygge sammenpressing av denne. Den øvre ende av ledningene var forbundet med brønnholder og ventilsats-betjeningskabler for regulering av brønnfluidstrømmen fra sjøbunnen. Fluidet ble overført til et antall fleksible stigerør som var fastgjort til den øvre ende av hovedbøyen som var plassert i viss avstand under vannflaten, hvorved de fleksible stigerør strakte seg oppad til et overflatefartøy. Midtsøylen og de perifere ledninger som forløp parallelt med og var forbundet med denne gjennom førin-gene, var stort sett ettergivende i ledningene og søylens fulle lengde.

Et annet og tidligere foreslått, elastisk tårn omfattet en konstruksjon av fagverkstype med ben som skulle forankres til sjøbunnen og med flytetanker som var innmontert i fagverkets øvre del. Når tårn av fagverktype utsettes for utbøy-ning grunnet havstrømsbevegelser, vil imidlertid fagverkets horisontale og diagonale stenger påføres høye spenningskonsen-trasjoner som kan medføre tretthetsbrudd etter lengre tids bruk.

Foreliggende oppfinnelse angår spesielt en flytende og elastisk flerkabels-tårnkonstruksjon som lett kan anpasses til en nedsenket tårndel og en overflategjennomtrengende tårndel. Et hovedtrekk ved oppfinnelsen er anvendelsen av en montasje bestående av et antall strekkabler som er anordnet tettliggende og parallelt med hverandre og innrettet for å forbinde en sokkelmodul på sjøbunnen med en øvre flytemodul som befinner seg under vannflaten, under minst mulige påkjenninger. Gruppen av tettliggende kabler skal fungere som strekkelementer, og disse er fastgjort til sjøbunnen og til flytemodulen på slik måte at kabelforlengelsespsenningene reduseres og tendensen hos en slik strekkabel til å sammenpresses under trykkpåvirkning, i realiteten elimineres.

Videre vedrører oppfinnelsen et elastisk tårn for anvendelse ved drift av undervannsbrønner, og omfattende et relativt elastisk tårnparti som strekker seg oppad fra en sokkel hvortil det er fastgjort. Det elastiske tårnparti er innrettet for å innføres i og sammenføyes med et relativt stivt, øvre tårnparti innbefattende en flyteinnretning som vil fast-holde tårnet i vertikalstilling og strekke det elastiske tårnparti. Det elastiske tårnparti omfatter en bunt eller montasje av tettliggende og parallelle strekkabler. Hver kabel løper mellom undersiden av sokkelen og oversiden av det stive, øvre tårnparti. Endene av en strekkabel opptas i hylser både ved sokkelen og ved det stive, øvre tårnparti. Hvis det kan oppstå bøyespenninger der en strekkabel er inn-ført i en hylse, er det ifølge oppfinnelsen anordnet midler for redusering av slike bøyespenninger. Det stive, øvre tårnparti som er utstyrt med en øvre flyteinnretning og en nedadragende stamme, er innrettet for å samvirke til minsking av krengningseffekten der gruppen av strekkabler er innført i hylseåpningene ved den nedre ende av strekkanordningen. Forlengelsen av hvert strekkstag mellom undersiden av sokkelen og oversiden av det øvre, stive tårnparti reguleres. Tilstan-den hos et strekkstag som utsettes for sammenpressing under det elastiske tårns utslag i sideretning, er også kontrollert slik at omfattende bukling av et strekkstag forebygges.

Oppfinnelsen har derfor som hovedformål å frembringe en ny flerstags-flytetårnkonstruksjon av elastisk type for anvendelse ved drift av undervannsbrønner.

Tårnkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen er av den art som oppviser en øvre i driftsstillingen helt eller delvis neddykket, opprettstående, langstrakt oppdriftsmodul som via fleksible forbindelsesorganer er forbundet med en bunnforankret sokkelmodul, og tårnkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at den øvre oppdriftsmodulen er anordnet med en nedadrettet stiv stamme, hvis lengde minst svarer til lengden eller høyden av den øvre oppdriftsmodulen, og ved at de bøyelige forbindelsesorganer omfatter et antall langstrakte, kontinuerlige strekkstag som løper gjennom en passasje i stammen og med sine respektive endedeler ved bunnen er fastgjort til den nedre sokkelmodulen og med sine øvre endedeler er sideveis forankret ved bunnen av stammen, og ved at et antall avstandsholdere er anordnet lengdevis atskilt langs strekkstagene, dimensjonert og innrettet slik at strekkstagene holdes parallelt med fastlagt innbyrdes avstand.

Ved hjelp av konstruksjonen ifølge oppfinnelsen vil hvert strekkstag i hele sin lengde påføres en minimum forlengelse slik at de lokale spenningene i stagene reduseres.

Ved hjelp av avstandsholderne for strekkstagene oppnås at en kan bibeholde strekkstagenes aksialinnretning, samtidig som hvert enkelt strekkstag kan undergå en begrenset såvel aksial som en rullebevegelse i forhold til de øvrige strekkstag. Dermed reduseres de lokale spenningene i de enkelte strekkstag. Øvrige trekk ved oppfinnelsen fremgår av de vedlagte patentkrav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i følgende beskrivel-se med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: fig. 1 viser et sideriss av en utførelsesform av en elastisk flerstags-tårnkonstruksjon ifølge oppfinnelsen, som befinner seg under havflaten,

fig. 2 viser et tverrsnitt langs linjen II - II i fig. 1,

fig. 3 viser et tverrsnitt langs linjen III - III i fig. 1,

fig. 4 viser et tverrsnitt langs linjen IV - IV i fig. 1, fig. 5 viser et tverrsnitt langs linjen V - V i fig. 1,

fig. 6 viser et forstørret snitt av den øvre flytemodul som inngår i tårnkonstruksjonen ifølge fig. 1,

fig. 7 viser et tverrsnitt langs linjen VII - VII i fig. 6,

fig. 8 viser et delsnitt som illustrerer forankringen av det ene av strekkstagene til overenden av den øvre flytemodul ifølge fig. 6,

fig. 9 viser et forstørret delsnitt av sokkelmodulen som inngår i tårnkostruksjonen ifølge fig. 1,

fig. 10 viser et forstørret delsnitt som illustrer forankringen av den nedre ende av et strekkstag til sokkelen ifølge fig. 9,

fig. 11 viser et forstørret delriss av en avstandsholder som anvendes ved flerstagsmontasjen ifølge fig. 1,

fig. 12 viser et øvre planriss av montasjen ifølge fig. 11,

fig. 13 viser et forstørret delriss av avstandsholderen ifølge fig. 11, som illustrerer innbyrdes bevegelse av de. enkelte strekkstag,

fig. 14 viser et skjematisk riss som illustrerer tårn-konstruks jonens utbøyning i sideretning under påvirkning av forskjellige krefter,

fig. 15 viser et forstørret, skjematisk riss som illustrerer virkningen av tårnutbøyningen som er vist i fig. 14,

fig. 16 viser et delriss av de nedre strekkstag under påvirkning av bøyekrefter,

fig. 17 viser et skjematisk riss av en del av sokkelmodulen med strekkstag, som illusterer strekkstagenes bevegelse under påvirkning åv sidekrefter som er rettet mot tårnkonstruksjonen ifølge fig. 1,

fig. 18 viser et skjematisk riss som illustrerer en fremgangsmåte for plassering av en borerigg i stilling i forhold til tårnkonstruksjonen ifølge fig. 1,

fig. 19 viser et sideriss av en andre utførelsesform av en elastisk flerstags-flytetårnkonstruksjon, hvor flytemodulen rager opp over havflaten og understøtter et plattformdekk,

fig. 20 viser et forstørret, skjematisk riss av den øvre flytemodul og konstruksjon ifølge fig. 18,

fig. 21 viser et snitt langs linjen XX - XX i fig. 20,

fig. 22 viser et forstørret, skjematisk sideriss, delvis i snitt,- av den nedre del av strekkstagmontasjen og sokkelen ifølge fig. 18,

fig. 23 viser et snitt langs linjen XXIII - XXIII i fig. 22, og

fig. 24, 25, 26 og 27 viser modifiserte utforminger av den øvre flytemodul i tårnkonstruksjonen ifølge fig. 19.

Det er i fig. 1 vist en foretrukket utførelsesform av en elastisk flytetårnkonstruksjon 3 0 som omfatter en nedsenket, øvre flytemodul eller-anordning (en øvre, stiv tårndel) som er plassert i valgt avstand, f.eks. 30 - 90 meter under havflaten 34 og som gir en oppadrettet oppdriftskraft som holder tårn-konstruks jonen i vertikalstilling. Den øvre flyteanordning 32 er forbundet med en flerstagsmontasje 34 hvis nedre ende er forbundet med en sokkelmodul eller-anordning 3 6 på havbunnen og som danner en nedre, elastisk tårndel. Ved dette eksempel på en nedsenket tårnkonstruksjon kan brønnhoder befinne seg i den øvre enden av tårnet og være forbundet med overflatefar-tøyer ved egnede midler, såsom fleksible ledninger. Et slikt vertikalt tårn kan under påvirkning av krefter fra bølger, havstrømmer, borstrenger, overføringsledninger etc, avbøyes i sideretning, som vist i fig. 14, hvorved flerkabelmontasjen 34 påføres strekkspenninger. Innen det omtales hvordan slike spenninger avlastes i flerstagsmontasjen ifølge oppfinnelsen, skal tårnkonstruksjonen beskrives detaljert i det etterfølgen-de .

Som det fremgår av snittene i fig. 2 - 5, kan flerstagsmontasjen 34 omfatte et antall parallelle og tettliggende strekkstag 40 som forløper langs aksen for montasjen 34 og er generelt omsluttet av en sirkel 42, som vist i fig. 2, 3 og 4. Den viste sirkel representerer ingen sylindrisk del. Hvert av strekkstagene 4 0 kan ha en diameter av 91,5 mm. Radialt utenfor strekkstagene 4 0 kan det være anordnet et antall sirkulært plasserte ledninger 44, av diameter ca 61 mm, for fremføring av ulike brønnfluider.

Strekkstagene 4 0 er innført i den øvre flytemodul 32 gjennom den nedre munning av en aksialkanal 46, fig. 6, og strekker seg til oversiden av flyteanordningen 32, hvor de ender. Som tydligst vist i fig. 8, er kanalen 46 omgitt av et rør eller en hylse 47 som strekker seg fra undersiden til oversiden av flytemodulen. Det er anordnet i en hylse 47 for hvert strekkstag 40. Ved oversiden av kanalen 46 er hvert strekkstag 40 forsynt med en radialt utadrettet, ringformet flens 49 som kan være fastgjort til oversiden av modulen 32 på egnet måte, f.eks. ved sveising. Forut for sveisingen kan strekkspenningen i de forskjellige stag 40 som danner stagmontasjen 34, justeres ved hjelp av ikke viste mellomlegg. En nedre avstandsholder 51 kan være anbragt ved inngangen til kanalen 46, og mellomliggende avstandsholdere 53 kan være innmontert i innbyrdes avstand i kanalen. Klaringen mellom staget som opptas i kanalen 4 6 og hylsen 4 7 må være tilstrekkelig til at en viss bøying av den øvre stagseksjon i kanalen kan finne sted.

Ledningene 44 kan være innført i et antall konsentriske kanaler 48 radialt utenfor aksialkanalen 46 og i det øvre, utvidede parti 50 av flyteanordningen 32. De øvre ender av ledningene 44 kan være avsluttet ved oversiden av flyteanordningen 32 på lignende måte som beskrevet for strekkstagene 40. Ledningene 44 er anbragt i liten avstand fra den sylindriske ytterside av den underliggende stamme 52 på flyteanordningen 32. Flyteanordningen 32 omfatter et antall seksjoner 54 i den utvidede, øvre flytedel 50 og kan være utstyrt med nedre oppdriftsseksjoner 56 i stammen 52. Oppdriftseksjonene kan være inndelt på kjent måte og innbefatte kjente og ikke viste midler for innføring av luft og vann.

Ifølge fig. er den nedre ende av strekkstagmontasjen 34 forbundet med sokkelanordningen 36. Den nedre ende av hvert strekkstag 4 0 er innført i et rør eller en hylse 58 som er innmontert i sokkelen 36. Underenden av hvert strekkstag 40 kan være forsynt med en radialt utadrettet flens 59 som er fastgjort til undersiden av modulen 36, f.eks. ved sveising. En avstandsholder 61 er anbragt der hvor strekkstaget 4 0 løper inn i hylsen 58. Det er anordnet tilstrekkelig klaring mellom det nedre endeparti av staget 4 0 og innerveggen av hylsen 58, for å tillate en viss bøying av stagets endeparti i hylsen, som tidligere beskrevet i forbindelse med fastgjøringen av stagets 40 øvre endeparti i flytemodulen 32.

Som vist i fig. 9, kan sokkelen 3 6 omfatte en tank eller beholder 60 for opptagelse av ballastmateriale etter behov. Rundt ytterveggen av tanken 60 er anordnet et antall perifere og vertikale flytesylindre 62 som letter innstalleringen av sokkelen, som senere beskrevet. Sokkelen kan være forankret til sjøbunnen ved hjelp av pæler 64 som strekker seg utad fra noen av stagene eller ledningene.

Med valgte mellomrom langs strekkstagmontasjen 34 kan det være anordnet avstandsholdere av en konstruksjon som vist i fig. 11 - 13. Slike avstandsholdere 66 kan være plassert med valgte mellomrom, eksempelvis av 3 0 meter, langs strekkstagmontasjen 34, idet størrelsen av mellomrommene avhenger av forholdene i det spesielle havområde. Hver avstandsholder kan omfatte en sirkulær elastomerdel 68 som er forsynt med konsen-trisk plasserte huller 70 og 72 for opptagelse av stag 40 og ledninger 44. I hvert hull 70 kan det være innført en stiv hylse 74 for styring av et gjennomgående strekkstag 40. Likeledes kan det i hvert hull 72 være innført en stiv hylse 76 for styring av en gjennomgående ledning 44. Elastomerdelen 68 kan være fastholdt mellom og forbundet med øvre og nedre, sirkelformede stålplater 78 og 80, hvorved det opprettes en sammensatt sandwichlignende konstruksjon med elastisk fjærende egenskaper. Avstandsholderen 66 tjener for aksial innretting av stagene og ledningene, og tillater dessuten begrenset dreining og aksialt avvik av hvert stag 40 og hver ledning 44, som vist i fig. 13, i avhengighet av de strekkrefter som påvirker hvert stag eller hver ledning ved utbøying av tårn-konstruks j onen i sideretning.

Den tettliggende og parallelle plassering av strekkablene 40 og ledningene 44 gjennom hele stagmontasjen 34 i forening med et antall avstandsholdere 66 som er montert med valgte

mellomrom i langsgående retning, bevirker at strekkstagene og ledningene som holdes i innrettet stilling, danner en sammen-føyd bunn av strekkelementer av valgt tøybarhet, som er unikt tilpasset for å forbinde en nedsenket flytemodul med en sokkel på havbunnen.

Den øvre flytemoduls 32 konstruksjon, form og proposjoner er viktig med henblikk på redusering av spenningene i strekkstagmontasjen 34 når tårnet utbøyes i sideretning, ved å minske modulens 32 dreining fra vertikalstillingen. Et veltende moment som utvikles av krefter som forårsaker avbøyning av tårnet, motvirkes av et opprettende moment som utvikles av horisontalkomponenten av oppdriftskraften fra den øvre flytemodul 32 og strekkraften i forening med tyngdekraften som virker mot underenden av stammen 52 ved den nedre munning av kanalen 46. Hvis stammen 52 er lang, vil det utvikles et opprettende moment av tilstrekkelig størrelse til å hindre at den øvre flytemodul 32 dreies i meget stor utstrekning om et punkt ved undersiden av stammen. Fig. 14 og 26 viser den øvre flytemodul i forskjøvet stilling, og illustrerer dette forhold.

Analyse av flytetårnkonstruksjonens oppførsel under påvirkning av vind, bølgebevegelse, strøm og andre krefter viser, at hvis lengden av stammen 52 økes, vil den øvre flytemoduls 32 dreievinkel ved stagmontasjens 34 innføringspunkt i stammekanalen 4 6 minske. Hvis stammen 52 har en lengde av tilnærmelsesvis 1,5 ganger lengden av flytemodulens 32 øvre, utvidede parti 50, vil dreievinklen for modulen 32 reduseres i betydelig grad. Ved ytterligere økninger av stammelengden vil dreievinklen fortsatt reduseres, men i avtagende grad. Forholdet mellom stammelengden og det øvre, utvidede parti 50 av flytemodulen 32 bør være minst 1,5:1, og i visse tilfeller større i avhengighet av forholdene i det området hvor flyte-tårnet skal anvendes.

Det opprettende moment som utvikles av oppdriftskraften som virker ved overenden av den øvre flytemodul 32, og av strekkraften og tyngdekraften som virker ved underenden av den øvre flytemodul, forsterkes ved hjelp av en stamme 52 som er relativt stiv i forhold til stagmontasjen 34. Forholdet mellom lengden av en stiv stamme 52 og lengden av hele tårn-konstruks j onen innvirk tårnkonstruksjonens dynamiske oppfør-sel. Flytetårnets fundamentale periode er meget lengre enn bølgeperioden, idet den første vibrasjonsmodus vanligvis er 60 sekunder eller mer. Da dette- er meget mer enn en bølgeper-iode, vil tårnkonstruksjonen ikke reagere overfor bølgeenergi. Men da tårnkonstruksjonen i hovedsak er en lang og slank innretning, kan dens andre eller tredje vibrasjonsmodus falle innenfor bølgenes høyenergibånd. Forholdet mellom de ulike vibrasjonstyper kan endres ved å forandre forholdet mellom stammens lengde og tårnkonstruksjonens totallengde. Jo lengre stammen er desto større vil skillet være mellom den første og andre vibrasjonsmodus og større vibrasjonsmodi. I overens-stemmelse med oppfinnelsen kan følgelig et flytetårn konstrue-res slik at det ikke i stor grad vil reagere på dynamiske bølgekrefter i noen av sine vibrasjonsmodi. Stammens hoved-proposjoner bestemmes ved analyse av det veltende moment, vil normalt medføre relativt liten dynamisk forsterkning i andre og tredje vibrasjonsmodus. Lengden av stammen kan økes, for å redusere den andre og tredje vibrasjonsmodus til akseptable nivåer.

I en elastisk tårnkonstruksjon av ovennevnte type er oppdriften hos den øvre flytemodul den primære kraft som holder tårnet opprett i vertikalstilling. Når tårnet forskyves i sideretning fra vertikallinjen vil oppdriftskraftens horisontalkomponenter tilstrebe tilbakeføring av tårnkonstruksjonen til vertikalstillingen. Stivheten i det øvre, stive tårnparti vil bidra til gjennoppretting av tårnets vertikalstilling, men denne gjenopprettingskraft motvirkes av et moment som oppstår ved tårnets nedre ende. I meget dypt vann, dvs. med dybde av mer enn 3 00 meter, er det mere ønskelig å minske konstruksjonsstivhets-bidraget og å stole mer på oppdriftskraften, for bevaring av tårnets vertikalstilling. Som følge derav kan tårnkonstruksjonen gjøres lettere og kravene til forankringspæling vil reduseres.

Tårnkonstruksjonens stivhet er en funksjon av den søyle-lignende stagmontasjes totale treghetsmoment. Hvis det er tale om en enkelt søyle av tidligere kjent type bestemmes treghetsmomentet av følgende formel: I søyle = 0,0491 (D4-d4) , hvor D er søylens ytterdiameter og d er innerdiameteren. I en flerstagskonstruksjon er stagbuntens totale treghetsmoment lik summen av treghetsmomentene for de enkelte stag. En søyle-konstruksjon som omfatter et større antall strekkstag av liten diameter og som har en buntdiameter av samme størrelse som diameteren hos en søyle i en enkelt del vil være mer elastisk enn en enkeltsøyle. I tillegg til elastisiteten må det ved utformingen av flytetårnets midtsøyle tas hensyn til fortrengning, veggtykkelse i stålkonstruksjonen og lignende.

Vedrørende fortrengning og veggtykkelse, må tårnkonstruksjonen være beregnet for å flyte på vannet. Flytende på vannet kan tårnkonstruksjonen slepes i horisontalstilling til et brønnfelt og oppreises til vertikalstilling. Videre må strekkstagbunten ha en tverrsnittflate av tilstrekkelig stør-relse til at aksialspenningene som forårsakes av den oppadret-tede oppdriftskraft hos modulen 32, kan holdes på akseptable nivåer. Hvis den minste tverrsnittsflate oppnås ved anvendelse av flere stag i stedet for en enkelt søyle, vil flerstagsmontasjen eller bunten være mer elastisk enn enkeltsøylen. Hvis de enkelte stag består av hule rørledninger kan stagbunten beregnes for en total fortrengning som er tilstrekkelig til at tårnkonstruksjonen med sikkerhet vil flyte og med tverrsnittsdimensjoner som er tilstrekkelig til å holde aksialspenningene på et akseptabelt nivå. Ved bruk av flere strekkstag istedenfor en enkelt midtsøyle kan tårnkonstruksjonens stivhet reduseres.

Lengden mellom avstandsholderene 66 er også av stor betydning. Den aksiale strekkspenning i det enkelte stag vil variere i avhengighet av tårnets utbøyning. I visse tilfeller kan et stag på baksiden av bunten påføres trykkspenning mens det diamentralt motsatt beliggende stag på buntens forside påføres strekkspenning. Stagene som strekkes utøver en virk-ning som vil holde hele stagbunten rettlinjet og vil være bestemmende for den totale plassering av avstandsholderene 66. Lengden mellom avstandsholderene 66 er slik valgt at et stag kan utsettes for en rimelig trykkspenning uten å bukles. Denne avstand vil typisk være av størrelsesorden 100-150 ganger stagsvingeradien. Dette kriterium kan modifiseres med økende avstand over sokkelen, idet stagene først vil påføres trykkspenning, grunnet sin tyngde, nær konstruksjonens nedre ende.

Høye bøyespenninger kan oppstå i den sone hvor stagmon-tas jen er innført i den underliggende stamme 52 på den øvre flytemodul 32, og likeledes ved sokkelen 36. Stagbøyespennin-gen i disse soner kan reduseres ved gradvis øking av stag-montas jens treghetsmoment i overgangene til den øvre flytemodul 32 og sokkelen 36. I den foreliggende versjon av oppfinnelsen kan hvert av stagene innbefatte et konisk parti i overgang til sokkelmodulen 36 eller den øvre flytemodul 32. Treghetsmomentet for hvert stag kan følgelig økes ved å øke diameteren av stagets overgangsparti og likeledes ved å øke stagets veggtykkelse. I avhengighet av spesielle krav kan den ene eller begge metoder for øking av treghetsmomentet komme til anvendelse.

Endepartiene av hvert strekkstag 4 0 og hver ledning 44 kan være forbundet med flytemodulen 32 og sokkelmodulen 36 ved at stagendepartiene er innført gjennom rør eller hylser hen-holdsvis 47 og 58 som hver for seg har en diameter som tillater at dreining av staget i begrenset grad kan finne sted i forbindelsespunktet. Det kan også anvendes en slik hylse 47 i stammen 50 på den øvre flytemodul 32, for kontrollering av modulens rullebevegelse.

Forbindelsen mellom stag og den øvre flytemodul eller sokkelmodulen kan opprettes på en annen måte ved at stagene 40 spredes utad fra stagmontasjens 34 lengdeakse. Ved en slik utspreding av stagene reduseres sykliske spenningsdifferanser mellom stagene på forsiden og på baksiden, som forklart i det etterfølgende. Når tårnkonstruksjonen utbøyes, vil oversiden av den øvre flytemodul krenge i en vinkel i forhold til sin horisontale utgangsstilling. Stagenes øvre ender er fastgjort til brønndekket, mens underendene er forankret ved undersiden av sokkelmodulen 36. Når brønndekket heller vil baksidestag-ene forkortes og forsidestagene forlenges, som vist i fig. 14 og 15. Under antagelse av at kreftene som belaster tårnkons-truks j onen bare virker i én retning og ved betrakting bare av stagene på konstruksjonens forside og bakside, kan den voksende lengdeforandring "e" ved stagene på forsiden og på baksiden uttrykkes ved ligningen: "e" = XG, hvor "e" betegner en voksende lengdeforandring, X betegner' stagets avstand fra konstruksjonens midtakse og 0 betegner flytemodulens vinkel med vertikalplanet. Som eksempel på verdier for det nedsenkede flytetårn kan nevnes: tårnlengde = 610 meter, X = 1,2 meter, 9 = 6° og "e" = 0,1 meter. Staget på baksiden vil således forkortes 0,1 meter i forhold til tårnkonstruksjonens midtakse. Staget på forsiden vil forlenges 0,1 meter. Dersom stagene er fremstilt av stål med en Youngs-Modul av 2 100 000 kg/cm<2>, vil forandringen i aksialspenning være: G = EA/L = 420 kg/cm<2>. Spenningsendringen kan reduseres hvis en del av den voksende forandring i lengde grunnet dreiningen av den øvre flytemodul 3 2 opptas ved bøying av staget.

Kurvaturen ved de perifere stag kan forutbestemmes, slik at staget i avspent tilstand er krummet slik det fremgår av fig. 17 som viser stagenes oppførsel når den øvre flytemodul 32 er forskjøvet i sideretning dreiet 6° på samme måte som i det foregående eksempel. Krumningen har øket ved 81, og en del av den totale lengdeforandring, dvs. 0,1 meter, opptas av stagets økede krumning. Forholdet ved staget på forsiden er likeledes vist i fig. 17. En del av lengdeøkningen på 0,1 meter opptas ved utrettingen av det krummede stag, som vist ved 83. Spenningsendringer mellom stagene kan reduseres i betydelig grad ved innføring av en forutbestemt krumning i stagene, nær sokkelen, på samme måte som nettopp beskrevet.

Det er følgelig åpenbart at anvendelsen av en flerstagsmontasje som beskrevet i det ovenstående, gir en sikker flytende tårnkonstruksjon med en høy grad av elastisitet og med tilstrekkelig tverrsnittstørrelse til å holde aksialspenningene på akseptabelt nivå, samtidig som at stagene er forbundet på forenklet måte med den øvre flytemodul 3 2 og sokkelmodulen 36.

Ved de utførelsesformer av oppfinnelsen som vist i fig. 19 - 27 er bare konstruksjonsforskjellene beskrevet, og like deler er.betegnet med samme henvisningstall tillagt et "mer-ket". Den elastiske flerstags-tårnkonstruksjon som i fig. 19 er generelt betegnet med 30', omfatter en flerstagsmontasje 34', hvor stagene er forbundet med avstandsholdere 66' og i sine nedre ender forankret til en sokkelmodul 36'. Flerstagsmontasjen 34' er konstruert på samme måte som tidligere beskrevet i forbindelse med stagmontasjen 34. Som det fremgår av fig. 22, er sokkelmodulen 36' av en litt annen konstruksjon, men fungerer på samme måte som den tidligere beskrevne sokkelmodul 36. På grunn av denne likhet er kabelmontasjen 34', avstandsholderene 66' og sokkelmodulen 36' ikke atter beskrevet detaljert.

Den øvre flytemodul eller - anordning 32' er av en annen konstruksjon enn flytemodulen 32. Ifølge fig. 20 omfatter den øvre flytemodul 32' en langstrakt, sylindrisk hus-kasseseksjon 90 som opptar et antall innmonterte rør eller hylser som strekker seg mellom oversiden 92 og undersiden 94 av kasseseksjonen. Hvert av rørene kan betraktes som likeverdig med rørene eller hylsene 47 i den foregående versjon. Stag 40' strekker seg gjennom rørhyIsene og er forbundet med det øvre dekk på samme måte som vist i fig. 8.

Et flytetanksystem 96 omfattende et antall langstrakte, sylindriske tanker 98 kan være fastgjort til kasseseksjonen 90 ved egnede midler, generelt betegnet med 100, i en valgt sone langs kasseseksjonen 90. Kriteriene for plassering av flytetanksystemet 96 er stort sett de samme som ved den foregående utførelsesform, dvs. det utvidede oppdriftsparti 50 av modulen 32. Nedenfor flytetanksystemet 96 danner den nedre del av kasseseksjonen 90 en underliggende stamme 102 med en valgt lengde som gir modulen 32' den nødvendige stivheten. Den øvre stammedel 104 av kasseseksjonen 90 rager opp over vannflaten 35 og understøtter en platttform 106 ovenfor vannflaten.

Det er åpenbart at på grunn av den øvre stammedel 104 og dekket 106 vil flytemodulen 32' utsettes for ytterligere krefter som forårsakes av bølgebevegelser, strømmer og vinder og som tilstreber sideutbøying av den øvre flytemodul 32' i forhold til sokkelmodulen 36' på samme måte som tidligere beskrevet samtidig ,som de opptredende krefter imidlertid er av høyere størrelsesorden. Kravene til stivhet hos den øvre modul 32' kan således modifiseres, og det kan være nødvendig at den nedre stamme 102 har en annen lengde enn den tidligere beskrevne stamme 52 ved den første utførelsesform.

Et eksempel på virkningen av forskjellige stammelengder er vist i fig. 24, 25 og 26. Den nedre stamme 102A i fig. 24 har relativt liten lengde, og den viste sideutbøyning av den øvre flytemodul 32' er relativt stor med betydelig bøying av stagmontasjen 34A. ; Krengningsvinkelen for øvre flytemodul 32A er åpenbart overdreven.

I fig. 25 er det vist en øvre flytemodul 32B med en ekstremt lang, nedre stamme 102B som strekker seg til slik dybde at stagmontasjens 34B elastisitet blir redusert.

Fig. 26 viser en flytemodul 32C med en nedre stamme 102C som i eksemplet er av valgt, ønskelig lengde, hvor det på grunn av forholdet mellom stivheten som den øvre del av stagmontasjen bibringes av modulen 32C og den underliggende, frie del av stagmontasjen 34C er oppnådd en ønsket grad av elastisitet, som vist ved den generelt krumme form av stagmontasjen 34C, som stort sett motsvarer den krumme form av stagmontasjen 34 ifølge fig. 14. Kriteriene for stivhetsgraden i stagmontasjens øvre del i den øvre flytemodul er stort sett de samme som tidligere beskrevet for den foregående utførelsesform.

Ved flytemodulen 32C ifølge fig. 27 er det vist et eksempel på hvordan lengden av den nedre stamme 102C forholder seg til flytetanksystemet 96C og den øvre stamme 104C. Fig. 27 viser også virkningen av strekkrefter som av flytetanksystemet 96C overføres til stagmontasjen 34C. Som følge av disse strekkrefter som virker mot stagmontasjen, vil tyngdepunktet for modulen 32C forskyves nedad, hvorved det effektive tyngdepunkt blir beliggende i avstand under oppdriftsenteret. Videre viser fig. 2 7 en opprettende kraftkomponent som utøves av oppdriftssenteret mot tårnkonstuksjonen.

Flerstagsmontasjen 34 kan tilvirkes og monteres på enkel måte. En enkeltsøyle av kjent type kan for eksempel ha en diameter.av 2,4 - 3,1 meter for å understøtte ledningene. Ved anvendelse av en flerstagsmontasje kan en slik enkeltsøyle erstattes av syv stag med diameter 91,5 mm, som vist i fig. 2 etc. Rør av mindre mindre diameter er lettere tilgjengelig, billigere i fremstilling og overlegen i kvalitetskontroll.

Ved tilvirking av flerstagstårnet, hvor stagmontasjen kan sammensettes i horisontalstilling, kan avstandsholderene 66 plasseres i innbyrdes avstand og den øvre flytemodul og sokkelmodulen innrettes i flukt med hver ende av montasjefeltet. Stagseksjonene sammensveises, innføres og fremmates gjennom de fluktende åpninger i avstandholderene og gjennom hylsene i den øvre flytemodul og sokkelmodulen. Stagendene kan deretter fastsveises i sine øvre og nedre ender, som tidligere beskrevet. Når denne konstruksjon er montert i horisontalstilling, vil den lett kunne sjøsettes ved at tårnkonstruksjonen glir ned i vannet. I vannet kan den horisontale tårnkonstruksjon ballastes til optimalt dypgående, ved at tankene fylles selektivt med vann, hvoretter flytemodulen, sokkelmodulen og stagmontasjen forbinder modulene, slepes til brønnfeltet.

På brønnfeltet kan den horisontale tårnkonstruksjon oppreises til vertikalstilling og nedsenkes til sjøbunnen. Da tårnkonstruksjonen er meget lang, må det tas spesielle for-holdsregler for å unngå overdrevne bøyespenninger og hydro-statisk trykkspenning, når tårnet dreies til vertikalstillingen. Under vendingen er det viktig å forebygge overdreven dreiningshastighet eller overdreven oppreisingshastighet. Dersom vendingsprosessen gjennomføres langsomt, vil de hydro-dynamiske motstandsbelastninger på konstruksjonen bli minimale og de resulterende bøyespenninger i søylen eller stagene akseptable. Overdreven oppreisingshastighet forebygges ved å sørge for at den nedre ende av tårnkonstruksjonen, dvs. ved sokkelmodulen, bare har liten, negativ flyteevne under dreiningen..Det vil fremgå at sokkelmodulen 3 6 innbefatter et antall tykkveggede sylindre 62 som er anbragt rundt sokkel-periferien. Sylindrene 62 er konstruert for å tåle det hydrostatiske trykk når; sokkelen befinner seg på sjøbunnen, og har dessuten, når de er fylt med luft, tilstrekkelig fortrengning til at hele sokkelmodulen bare får en liten, negativ oppdrift. I meget dype farvann kan sylindrene 62 fylles med trykkluft forut for oppreisingen, for å redusere trykkspenningene. En slik prosess kan også gjennomføres for stagene og andre deler av tårnkonstruksjonen.

I oppreisingsprosessen på brønnfeltet inngår det, nærmere bestemt, at ballasttanken i sokkelmodulen fylles som innled-ning til oppreisingen. Stagmontasjen fylles med luft, og hele søylen og sokkelen får derved bare en liten, negativ oppdrift. Tårnet vil dreie om et forutvalgt punkt nær det øvre, utvidede parti av den øvre flytemodul 32. Den nøyaktige beliggenhet og dettes svingepunkt kan bestemmes ved delvis fylling av utvalg-te tanker i flytemodulens stamme og i modulens utvidede parti.

Etter å være bragt i vertikalstilling nedføres tårnet til sjøbunnen ved hjelp av en havgående kranlekter. Den del av

tårntyngden som bæres av kranlekteren ved ballastfylling i valgt kombinasjon, slik at tyngden ikke overstiger krankapasi-teten. Luftsylindre kan være innmontert i sokkelmodulen, i deler av stagmontasjen og i seksjoner i den nedre stamme. Seksjonene som fylles befinner seg i den nedre del av konstruksjonen, for at oppdriftsenteret skal bibeholdes ovenfor tyngdepunktet og for å holde tårnkonstruksjonen i vertikal stilling. Når tårnet er flytende i vertikalstilling kan kranlekteren forbindes med tårnets øvre del. Flytetanker i den øvre flytemodul kan deretter fylles slik at hele konstruksjonen får negativ oppdrift. Krankroken som fastholder tårnet, blir deretter nedfirt, til hele tårnet hviler mot sjøbunnen.

Det bør bemerkes at det under nedsenkingen kan injiseres luft i de luftfylte tanker i den øvre flytemodul 32. I den foretrukne utførelsesform er disse luftfylte tanker ikke dimensjonert for å tåle det fulle, hydrostatiske trykk når de nedsenkes til driftsdybde. De må derfor tåle den innvendige trykkforskjell som eksisterer når luften i tankene bringes under samme trykk som sjøvannet på yttersiden. Ved å injisere luft under nedføringen av tårnkonstruksjonen og tillate over-skuddsluft å utstrømme fra bunnen av tankene i den øvre flytemodul 32, vil selve tankene ikke utsettes for overdrevne trykkforskjeller og tårnkonstruksjonens totale tyngdeforand-ring kan holdes nesten konstant. Når tårnkonstruksjonen hviler på bunnen vil den bevare sin vertikalstilling, fordi oppdriftssenteret befinner seg ovenfor tyngdepunktet og systemet i sin helhet har negativ oppdrift. Kranlekteren løsgjøres deretter fra tårnkonstruksjonen og fastpælingen av sokkelmodulen til sjøbunnen kan påbegynnes.

Fig. 18 viser generelt en fremgangsmåte for plassering av den nedsenkede flytemodul 32 i forhold til boreriggen. Boreriggen 120 kan bringes i stilling over den øvre ende av det nedsenkede flytetårn 3 0 og forankret ved hjelp av de vanlige kjedelinje-forankringskabler 122, hvorved boreriggen 120 generelt holdes på plass ovenfor tårnkonstruksjonen 30. Boreriggen kan på dekket være utstyrt med et antall vinsjer 124 med vinsjekabler 106 som kan være ført rundt en veileder-blokk 128 på dekk nedad langs siden av boreriggen til en nedre veiviserblokk og fastgjort til det øvre dekk 110 på den øvre flytemodul 32 ved 112. Ved hjelp av et antall vinsjkabler 126 som er forbundet på denne måte med vinsjene 124 på det øvre dekk 110 på den øvre flytemodul 32, kan boreriggen justeres i sideretning i forhold til flytetårnkonstruksjon 30 ved å variere strekkraften i vinsjkablene 12 6 og lengdene av disse, slik at en borstreng 114 kan plasseres nøyaktig i stilling i forhold til tårnkonstruksjonen.

De to viste utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan endres og modifiseres på forskjellige måter, og alle slike endringer og modifiseringer innenfor rammen av de etterfølgen-de krav, omfattes av disse.

Claims (17)

1. Offshore tårnkonstruksjon med en øvre helt eller delvis neddykket, opprettstående, langstrakt oppdriftsmodul (32,32'), hvilken oppdriftsmodul er via fleksible forbindelsesorganer forbundet med en bunnforankret sokkelmodul (3 6), karakterisert ved at den øvre oppdriftsmodulen (32,32') er anordnet med en nedadrettet stiv stamme (52), hvis lengde minst svarer til lengden eller høyden av den øvre oppdriftsmodulen (32,32'), og ved at de bøyelige forbindelsesorganer (34) omfatter et antall langstrakte, kontinuerlige strekkstag (40) som løper gjennom en passasje (46) i stammen (52), med sine respektive endedeler ved bunnen er fastgjort til den nedre sokkelmodulen (36) og med sine øvre endedeler (49) er sideveis forankret ved bunnen av stammen (52), og ved at et antall avstandsholdere (66) er anordnet lengdevis atskilt langs strekkstagene (40), dimensjonert og innrettet slik at strekkstagene (40) holdes parallelt med fastlagt innbyrdes avstand.

2. Konstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at strekkstagene (40) er forbundet med oppdriftsmodulen (32) ved passering oppover på sideveis styrt måte gjennom passasjen (46) i stammen (52), idet de øvre delene (49) av strekkstagene (4 0) er tilknyttet oversiden av den øvre modulen (32).

3. Konstruksjon som angitt i krav 2, karakterisert ved at strekkstagene (40) omfatter et antall primærelementer (40) og et antall sekundær-elementer (44) med en diameter som er mindre enn diameteren av primærelementene (40).

4. Konstruksjon som angitt i krav 3, karakterisert ved at hver av avstandsholderne (66) innbefatter en rørformet hylse (74) for forskyvbar mottakelse av hvert av strekkstagene (40) .

5. Konstruksjon som angitt i krav 4, karakterisert ved at hver av avstandsholderne (66) har et legeme (68) av elastomerisk materiale hvorigjennom strekkstagene (40) passerer.

6. Konstruksjon som angitt i krav 5, karakterisert ved at den nedre sokkelmodulen (36) innbefatter et antall rør (58) for mottakelse av nedre endedeler av hvert av strekkstagene (40), hvorved disse endedelene er fastgjort til den nedre overflaten av den nedre sokkelmodulen (36).

7. Konstruksjon som angitt i krav 6, karakterisert ved at den øvre oppdriftsmodulen (32,32') innbefatter et antall rør (47) for mottakelse av de øvre endedelene av hvert av strekkstagene (40), idet de øvre endedelene av stagene (40) er forankret til den øvre overflaten av den øvre modulen via flenser (49) e.l.

8. Konstruksjon som angitt i kravene 3,4,5,6, eller 7, karakterisert ved at de primære strekkstagene (40) er anordnet parallelt til og omkring hovedaksen av den bøyelige konstruksjonen og ved at de sekundære strekkele-mentene (44) er anordnet parallelt med og omkring hovedaksen på utsiden av de primære strekkstagene (40).

9. Konstruksjon som angitt i krav 8, karakterisert ved at sokkelmodulen (36) innbefatter et ballastarrangement.

10. Konstruksjon som angitt i krav 9, karakterisert ved at ballastarrangementet ved sokkelmodulen (36) innbefatter en første fiksert ballast med forutvalgt vekt og en andre ballast bestående av oppdrifts-kammere (62).

11. Konstruksjon som angitt i krav 10, karakterisert ved at avstandsholderne (66) opprettholder strekkstagene (40) i et sirkulært symmetrisk mønster.

12. Konstruksjon som angitt i krav 11, karakterisert ved at stammen (52) strekker seg under den øvre oppdriftsmodulen (32,32') over en lengde som er tilnærmet en til en-og-en-halv ganger høyden av den øvre oppdriftsdelen.

13. Konstruksjon som angitt i kravene 6, 8, 9, 10, 11 eller 12, karakterisert ved at rørene i oppdriftsmodulen (32') strekker seg aksielt gjennom stammen (52).

14. Konstruksjon som angitt i krav 13, karakterisert ved at strekkstagene (40) har en utoverrettet utvidelse ved de øvre delene.

15. Konstruksjon som angitt i krav 14, karakterisert ved at den øvre oppdriftsmodulen (32,32') innbefatter et oppover rettet element (104) som i bruk strekker seg over sjøoverflaten for å bære et dekk (106) .

16. Konstruksjon som angitt i krav 5 eller 15, karakterisert ved at hver avstandsholder (66) omfatter første og andre lag av et ettergivende metall som er laminert til nevnte lag av elastomerisk materiale.

17. Konstruksjon som angitt i krav 16, karakterisert ved at strekkstagene (40) omfatter hule strenger eller stag (40).