NO174662B - Innretning for fortoeyning av en flytende strekkstagplattform - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for fortøyning av en flytende strekkstagplattform til en undervanns forankring ved bruk av flere lineære fortøyningsstrekkstag.

Med den gradvise uttømning hydrokarbonforekomstene både på land og på grunne undersjøiske steder, er søkningen etter nye petroleumsforekomster blitt utvidet til stadig dypere vann på verdens ytre kontinentalsokler. Ettersom slike dypere forekomster oppdages, utvikles stadig mer komplisert produksjonsutstyr. Det er beregnet at det snart vil være nødvendig med offshoreutstyr for boring på 2000 meter eller mer. Siden bunnfundamenterte konstruksjoner generelt er begrenset til vanndybder på ikke mer enn omtrent 500 meter på grunn av den store konstruksjon som kreves, er andre såkalte ettergivende konstruksjoner blitt utviklet.

En slik ettergivende konstruksjon som har fått betydelig oppmerksomhet, er strekkstagplattf ormen (TLP) som omfatter en halvt nedsenkbar flytende plattform forankret til pælede fundamenteringer på sjøbunnen via vesentlig vertikale elementer eller fortøyningskabler kalt forankringsben. Forankringsbenene holdes hele tiden i strekk ved at oppdriften av plattformen overskrider driftsvekten under alle miljøforhold. Med dette fortøyningssystem sikres at strekkstagplattformen ettergivende hindres mot sideveis forskyvning og begrenser derfor skrens, svaiing og slingring. Bevegelser i vertikalretningen, slik som hiv, stamping og rulling blir fullstendig hindret av forankringsbenene .

Tidligere har strekkstagplattformer benyttet tykkveggede stålrør som fortøyningselementer. Disse fortøyningselementer omfatter generelt flere korte tykkveggede rør som blir sammensatt del for del inne i hjørnesøylene i plattformen og således gradvis forlenget gjennom vanndybden til en bunnfundamentert forankrings-konstruksjon. Disse forankringsben utgjør en betydelig vekt i forhold til den flytende plattform, noe som må overvinnes av den flytende konstruksjons oppdrift. Som et eksempel bruker verdens første, og til dato den eneste, kommersielle strekkstagplattform installert i den britiske del av Nordsjøen, flere rørforbindelser med ti meters lengde og som har en ytterdiameter på 25 cm og et langsgående hull på vel 7 cm. Forankringsbenene som sammensettes av disse forbindelser har en vekt i vannet på omtrent 333 kg/m. På den vel 160 m's dybde som denne plattform er installert, må den store vekt fra 16 slike stag overvinnes av den flytende konstruksjons oppdrift. Med de stadig lengre fortøyningselementer som er nødvendig for å fortøye en strekkstagplattform på dypere vann, er det klart at en flytende konstruksjon som har den nødvendige oppdrift for å overvinne en slik enorm vekt, til slutt må bli så stor at den blir uøkonomisk. Videre vil håndterings-utstyret for å installere og gjenvinne de lange, tunge f or-ankringsben tillegge både vekt, kostnad og kompleksitet til plattformutstyret. Flottørutstyr kan festes til benene, men deres pålitelighet over tid er tvilsom. Videre vil den ekstra oppdrift forårsake en økning av de hydrodynamiske krefter som virker mot benkonstruksj onen.

I tillegg til vektproblemet kommer også kostnaden og problemet med å håndtere og sette sammen slike forankringsben. For eksempel må det i hver hjørnesøyle i den flytende konstruksjon tilveiebringes et komplisert nedsenknings- og forankringsut-styr for å sammenstille og strekke og gjenvinne hvert f or-ankringsben i det respektive hjørne. Når forankringsbenene er anbragt i stilling må dessuten en fleksibel skjøt tilveiebringes for den ettergivende sideveis bevegelse av plattformen i forhold til ankeret. Typisk er en tverrbærende konstruksjon som beskrevet i US 4 391 554.

En anordning må også frembringes på den nedre ende av forankringsbenene for sammenkopling til fundamenteringsankrene. De fleste foreslåtte forankringstilkoplinger er av innset-ningstypen som beskrevet i US 4 611 953, US 4 459 993 og US 4 439 055. Disse sammensatte konstruksjoner omfatter en ettergivende elastisk lagersammenstilling lik som en type mekanisk låskonstruksjon som aktiveres av fjærer og/eller hydrauliske krefter. Naturligvis må kompleksiteten og kostnaden, såvel som risikoen for feil ved slike konstruksjoner, tas i betraktning. En annen type stagtilkopling som er blitt foreslått men aldri tatt i bruk, er beskrevet i GB 1 604 358. I dette patent inkluderer vaierstag forstørrede endedeler som sammenkoples med forankringsanordningen i en forbindelse med en kjetting og løkke.

Innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse tilfreds-stiller de foran beskrevne mål og krav og er utformet i henhold til de i kravene definerte trekk.

Ulike trekk, egenskaper og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå ved lesing av den følgende detaljerte beskrivelse.

Formålet med oppfinnelsen oppnås som beskrevet heretter i forbindelse med de medfølgende tegninger som danner en del av denne beskrivelse, hvor figur 1 er et sideriss av en strekkstagplattform, figur 2A-F skjematisk i riss viser den trinnvise installering av et av fortøyningsstagene på plattformen, figur 3 er et skjematisk riss av et mellomtrinn ved installering av toppen av staget under installasjonen som vist på figur 2A-F, figur 4 er et topplanriss av ett av toppfesteanordningene for staget med et stag på plass, figur 5 er et sideriss delvis i snitt, av toppstagtilkoplingen og sidefesteanordningen vist på figur 4, figur 6 er et isometrisk riss av en fundamenteringsmal med forankringsfesteanordningene for staget, figur 7A-7C viser trinnvise riss av stagets bunntilkopling og feste ved installering av fortøyningsstagene, figur 8 er et sideriss delvis i snitt som viser en av bunnfesteanordningene for staget med den forstørrede bunnende av et stag installert, og figur 9 er et skjematisk planriss av et fortøyningsstag som viser endetilkop-lingene som de vil se ut under uttauing av staget.

Med henvisning nå til tegningene hvor disse bare er vist for illustrasjonens skyld, med ikke begrensende, foretrukne utførelser, og hvor figur 1 viser en strekkforankringsplattform (TLP) 20 som er installert i vannet 22 med en overflate 24 og en bunn 26. Plattformen 20 omfatter en halvt nedsenkbar konstruksjon 28 som flyter på overflaten 24 av vannet 22.

Den flytende konstruksjon 28 omfatter generelt et antall vertikale, sylindriske søyler 30 som er sammenkoplet under overflaten 24 ved flere horisontalt anbrakte pongtonger 32. I den foretrukne konstruksjon vist på tegningene, omfatter den flytende konstruksjon 28, fire sylindriske søyler 30 sammenkoplet av fire pongtonger 32 av samme lengde, på en vesentlig kvadratisk måte sett i planet. Det vil fremgå at også andre former er mulig, inkludert variasjoner av pongtongenes form og søylene og at antallet søyler kan variere fra tre til åtte eller flere uten å avvike fra det generelle konsept for en halvt nedsenkbar konstruksjon som kan brukes som en strekkstagplattform.

En dekkoppbygning 34 er anbragt på, og spenner over toppen av de vertikale, sylindriske søyler 30 og kan omfatte flere dekknivå etter behov for å bære ønsket utstyr slik som produksjonsbrønnhoder for hydrokarboner, stigerørshåndterings-utstyr, bore- og/eller arbeidsutstyr, boliger, landingsplass for helikopter o.l. etter behov i hvert enkelt tilfelle.

En fundamenteringsmal 36 er plassert på bunnen 26 av sjøen 22 og anbragt ved hjelp av flere forankringspæler 38 mottatt i pæleføringer 39 og som strekker seg inn i undergrunnen 40 under sjøbunnen 26. Ifølge oppfinnelsen inkluderer fundamenteringsmalen flere festeanordninger 42 med sideinngang for staget, plassert i hjørnene av malen 36 og anbragt ved hjelp av pæleføringer 39. Malen 36 kan inkludere brønnåpninger for boring og produksjon av hydrokarboner, undersjøiske lagringstanker o.l.

Den halvt nedsenkbare flytende konstruksjon 28 er fortøyet over fundamenteringsmalen 36 ved hjelp av flere f or-ankringsben 44 som strekker seg fra hjørnene i den flytende konstruksjon 28 til hjørnene i fundamenteringsmalen 36. Hvert forankringsben 44 omfatter et fortøyningsstag 46 som er festet øverst til en fortøyningsavsats 48 plassert på yttersiden av de vertikale sylindriske søyler 30 på den flytende konstruksjon 28, og koplet nederst i en av festeanordninger 42 med sideinngang, plassert på fundamenteringsmalen 36.

Fortøyningsstagene 46 omfatter en tynnvegget, rørformet midtre del 50 i ett stykke (figur 9) med mindre diameter, tykkveggede øvre og nedre tilkoplingsdeler hhv. 52, 54 sammenkoplet med den midtre del 50 ved hjelp av øvre og nedre avsmalnende deler 56, 58. Den øvre stagkoplingsdel 52 inkluderer en forstørret øvre elastisk tilkopling 60 som justerbart kan anbringes langs lengden av den øvre stagtilkoplingsdel 52 ved hjelp av skruegjenger eller annen justeringsanordning, som vil bli beskrevet heretter. På denne måte kan stagets 46 effektive lengde justeres. På liknende måte kan den nedre koplingsdel 54 for staget inkludere en forstørret nedre elastisk tilkopling 62 på et fast sted ved den nedre ende av den nedre stagkoplingsdel 54, som også vil bli beskrevet heretter.

Rekkefølgen vist på figur 2A-2F viser installering av et enkelt fortøyningsstag. Det forutsettes at flere fortøy-ningsstag installeres enten samtidig eller etter hverandre da det kreves flere fortøyningsstag for å tjore en strekkstagplattform. Som et eksempel kan ett stag fra hver søyle 30 installeres samtidig.

Fundamenteringsmalen 36 installeres på forhånd på sjøbunnen 26 i vannet 22. Plasseringen av fundamenteringsmalen kan utføres ved hjelp av pæler som drives inn i sjøbunnen eller malen 36 kan omfatte en såkalt gravitasjonsbunn som holder plasseringen stabil hovedsakelig ved hjelp av vekten og størrel-sen. Malen 36 kan inkludere ett eller flere brønnhull som er boret på forhånd og som kan kompletteres for å tappe undersjøiske hydrokarbonforekomster og deretter stenges av inntil tilkopling til den flytende plattform, kan utføres.

Den halvt nedsenkbare flytende konstruksjon 28 er anbragt over fundamenteringsmalen 36. Anbringelsen kan utføres enten ved hjelp av midlertidig kjedefortøyning av den flytende konstruksjon 28 eller, for å unngå forstyrrelser fra fortøy-ningskjettingene under installeringen, kan den flytende konstruksjon 28 fortrinnsvis holdes i stilling ved hjelp av ett eller flere fartøyer, slik som taubåter og/eller kranlektere (ikke vist). Det vil fremgå at den vesentlig faste anbringelse av den flytende konstruksjon 28, direkte vertikalt over fundamenteringsmalen 36, er nødvendig for installeringen.

Fortøyningsstagene 46 er konstruert på forhånd som en enhet og kan taues til installeringsstedet ved hjelp av en oppdriftsmetode og ved å bruke hhv. fremre og bakre taubåt 64, 66. Oppbyggingen av fortøyningsstagene 46 er vesentlig lik den som er beskrevet for konstruksjonen og transporten av de undersjøiske ledninger som er beskrevet i US 4 363 566, selv om andre liknende prinsipper kan brukes. Her sveises korte rør-lengder sammen til en enhet. Fortrinnsvis blir hele staglengden sammensatt og lagt ut på land før den sjøsettes som en hel konstruksjon på vannet for å taues ut til installeringsstedet. Som tidligere nevnt konstrueres fortøyningsstaget 46 som et tynnvegget rørelement med nøytral oppdrift i vannet og deretter kan fløteanordninger som f.eks. oppdriftstanker 68 (figur 2A og 9 skyggetegnet) festes for tauing over bunnen. Alternativt kan overflatetauing brukes.

Når taubåtene 64, 66 og fortøyningsstaget 46 nærmer seg den flytende konstruksjon 28, blir den fremre tauingskabel 70 ført over til den flytende konstruksjon. En andre styrekabel 72 (figur 2b) blir også festet. Et styrefartøy 74, som kan eller kan ikke være den førende taubåt 64 (figur 2c) brukes for å holde den øvre stagkoplingsdel vekk fra berøring med den flytende konstruksjon 28 via en tredje styrekabel 76 som, i forbindelse med den andre styrekabel 72 og den førende tauingskabel 70, styrer anbringelse av den øvre del av fortøyningsstaget 46 nærliggende den flytende konstruksjon 28.

Den bakre taubåt 66 kopler en nedre styrekabel 78 til den nedre stagkoplingsdel for fortøyningsstaget 46 og begynner å gi ut den nedre styrekabel 78 slik at fortøyningsstaget 46 kan svinge nedover mot fundamenteringsmalen 36 (figur 2c og 2d). Når fortøyningsstaget 46 er nesten vertikalt, blir et fjernstyrt fartøy (ROV) 80 og tilhørende styreenhet 82 senket til et punkt nær fundamenteringsmalen 36. ROV 80 fester en inntrekningskabel 84 til den nedre ende av fortøyningsstaget 46 på den nedre stagkoplingsdel 54. Alternativt kan en dykker (ikke vist) brukes for å feste inntrekningskabelen 84 på mer grunne vann, eller kabelen kan koples før staget blir svingt nedover. ROV 80 griper mot inntrekningsføringer 86 plassert nærliggende og over stagfesteanordningene 42 på fundamenteringsmalen 36 (figur 7a-c). Ved å trekke den nedre stagkoplingsdel 54 inn i festeanordningen 42 med sideinngang, kan ROV 80 og inntrekningskabelen 84 virke mot en tilbaketrekningskraft som virker mot den nedre styrekabel 78 for å styre innsetningen av den forstørrede nedre, elastiske tilkopling 62 slik at ikke tilkoplingen 62 og festeanordningen

42 skades.

Når først den forstørrede nedre, elastiske tilkopling

62 er blitt mottatt inne i stagfesteanordningen 42 (figur 7B), blir staget heiset opp for å bringe den forstørrede nedre, elastiske tilkopling 62 inn i feste med belastningsringen 120 for festeanordningen 42 (figur 7c og 8) og strekk-kraft blir tilført den øvre stagkoplingsdel 52 gjennom den førende tauingskabel 70, ved hjelp av en strekkinnretning slik som en hydraulisk strekk-anordning 88 (figur 3), en davit 90 plassert øverst på hver av de sylindriske søyler 30 (figur 1) eller en liknende innretning. Når dette første strekk er blitt tilført fortøyningsstaget 46 og den forstørrede nedre, elastiske kopling 62 er i belastnings-bærende inngrep med stagfesteanordningen 42, blir inntrekningskabelen 84 og den nedre styrekabel 78 løst eller skilt fra ROV 80.

Etter at staget er blitt strukket blir den forstørrede øvre, elastiske tilkopling 60 bragt i feste med den stagfortøy-ende avsats 48. Som det beste fremgår fra figur 4 og 5, inkluderer stagfortøyningsavsatsen 48, en sideåpning 92 og inn-føringsføringer 94. Fortøyningsavsatsen 48 inkluderer også en belastningsring 96 med en oppadvendt bæreflate 98 som er avskrånet oppover fra ytterst til innerst.

Ifølge oppfinnelsen inkluderer den øvre stagkoplingsdel 52 en gjenget ytterflate 100 for å muliggjøre lengdejustering av staget 46. Den forstørrede øvre, elastiske kopling 60 inkluderer en justeringsmutter 102 med gjenger som griper den gjengede ytterflate 100 på fortøyningsstaget 46. Mutteren blir dreiet langs den gjengede koplingsdel 52 inntil fortøyningsstagets 46 effektive lengde blir noe mindre enn den vertikale avstand mellom den flytende konstruksjon og forankringsanordningen, slik at staget 46 blir strukket. Strekkraften på fortøyningsstaget 46 kan således justeres ved å dreie stagmutteren 102 langs den gjengede ytterflate 100 på den øvre stagkoplingsdel 52 for å variere strekkbelastningen på fortøyningsstaget 46. Som vist på figur 5, inkluderer stagmutteren 102 en ytterflate som omfatter tenner 118 som kan gripes av en drivmekanisme (ikke vist) for å dreie mutteren 102, for å øke eller minske stagstrekket etter behov.

Justeringsmutteren 102 hviler sammentrykkende mot en elastisk bærende sammenstilling 104 som omfatter en flens 106, et øvre koplingsdeksel 108 og et mellomliggende elastisk lager 110. Ved drift vil stagmutteren 102 hvile mot toppen av flensen 106 og stagstrekkbelastningene blir overført gjennom det elastiske lager 110 og det øvre koplingsdeksel 108 som hviler sammenpresset mot lagerflaten 98 for belastningsringen 96. Det elastiske lager 110 omfatter generelt et typisk sfærisk, elastisk lager som er vanlig i koplingsdeler for fortøyningsstag idet det elastiske lager tillater fortøyningsstaget 46 å bevege seg litt i forhold til vertikal og tillater derved en ettergivende sidebevegelse i plattformkonstruksjonen.

I den foretrukne utførelse vist på figur 5, strekker en elastisk kant 112 seg mellom flensen 106 og stagfortøyningsavsat-sen 48 og en fyllbar, vanntett forsegling 114 som strekker seg mellom det øvre koplingsdeksel 108 og den øvre stagkoplingsdel 52 omslutter den elastiske lagersammenstilling 104 inne i et vanntett kammer 116 som kan fylles med et ikke-korroderende fluid for å beskytte den elastiske lagersammenstilling 104.

Det vil fremgå at med kombinasjonen av den ytre stagfortøyningsavsats 48, den justerbare stagkoplingsdel 52 og den kombinerte justeringsmutter 102 og elastiske lagersammenstilling 104, kan staginstallasjonen (og fjerning for utskiftning) med letthet foretas i forhold til tidligere hvor det var vanlig med en sammenstilling med et antall skjøter. Videre eliminerer ovennevnte kombinasjon behovet for mer kompliserte og kostbare tverrbelastningssystemer som tidligere har vært vanlig for å oppta vinkelawik i et fortøyningsstag i forhold til vertikal på grunn av forskyvninger i den flytende konstruksjon fra stillingen direkte over forankringen.

Som det best fremgår fra figur 8, griper den forstør-rede nedre, elastiske kopling 62 for den nedre stagkoplingsdel 54, inn i festeanordningen 42 med sideinngang, på en nedre belastningsring 120 som vesentlig samsvarer med belastningsringen 96 for stagfortøyningsavsatsen 48 med sideinngang. Festeanordningen 42 med sideinngang, har en nedre del 121 som har form av en avskåret kjegle med avskrånede sider for å underlette innsetning av en forstørret, elastisk kopling 62 i festeanordningen 42. Sideåpningen 122 strekker seg sideveis minst 1/3 av omkretsen for den nedre del 121 og i lengderetningen minst to ganger den nedre elastiske koplings 62 maksimale dimensjon. En skråflate 123 strekker seg mellom en øvre del av åpningen 122 og en nedre del av en smal åpning som mottar stagdelen 54. Overflaten 123 griper den nedre stagdel 54 og hjelper til å sentrere den inne i festeanordningen 42. Den nedre belastningsmottagende flate på belastningsringen 120 skråner nedover fra ytterst til innerst. En tilleggsflate på toppen av den nedre hakeflens 124 passer til en liknende utformet overflate på belastningsringen 120. Avskråningene av disse tilpassede flater tjener ikke bare til å hjelpe til å sentrere koplingen 62 inne i festeanordningen 42, for derved å fordele belastningen, men hjelper også til å stenge topp og bunnåpningene på siden. En omvendt avskråning i forhold til den som er vist, ville kunne føre til at belastningsringene 96 og 120 tvinges til å åpne seg og derved gjør det mulig for den øvre eller nedre kopling 60 og 62 å gli ut. Denne utadvendte underskjæring forbedrer imidlertid effektivt belastningsringenes 96 og 120 styrke ved å trekke inn mer ettersom stagstrekket økes.

Når først den forstørrede nedre elastiske kopling 62 er blitt ført gjennom åpningen 122 og stagdelen 54 gjennom den smale åpning (figur 6 og 8) og strekkbelastningen på fortøyningsstaget har trukket den forstørrede nedre, elastiske kopling 62 oppover inn i stagfesteanordningen 42, blir belastningsringen 120 trykket sammen av en nedre hakeflens 124 som er plassert på de øvre deler av et bunnkoplingsdeksel 126 for den forstørrede nedre, elastiske kopling 62. Dekselet 126 omslutter den nedre ende 128 av fortøy-ningsstaget 46 og den nedre elastiske lagersammenstilling 130, på en koppliknende måte. I den foretrukne utførelse vist på tegningene, har den nedre ende 128 av fortøyningsstaget 46 en form som en avskåret kjegle med en konisk øvre flate 132 som griper mot et indre lager 134 i den elastiske lagersammenstilling. Innerlagerringen 134 er festet til et ringformet (fortrinnsvis sfærisk), elastisk lager 136 for å translatere sammentrykkende belastninger utover til en ytre lagerring 138 som er i inngrep med hakeflensen 124. På liknende måte som for den øvre, elastiske kopling 60, tillater den elastiske lagersammenstilling 130 et vinkelawik i fortøyningsstaget 46 i forhold til vertikal. For å begrense vinkelawiket, inkluderer dekselet 126 en sentraliseringsplugg 140 i bunnflaten. Sentraliseringspluggen 140 griper inn i en sfærisk fordypning i den nedre ende 128 av fortøyningsstaget.

Det vil fremgå at kombinasjonen av den forstørrede nedre, elastiske kopling 62 og stagfesteanordningen 42 med sideinngang, er en meget enklere, rimeligere og mer effektiv anordning for å feste den nedre ende av et fortøyningsstag 46, sammenliknet med den tidligere fortøyningskopling med innsettelse og låsing.

Som et ikke begrensende eksempel kan staget 46 ha en ytterdiameter på 61 cm med en veggtykkelse på 2,5 cm. Øvre og nedre koplingsdeler 52 og 54 kan ha en ytterdiameter på omtrent 38 cm med en veggtykkelse på 6,4 cm. Den nedre del 54 kan være forsynt med en tynn neopren hylse for å beskytte den mot skade under installering. Den nedre endekopling 62 kan ha en maksi-mumsbredde på 1,23 m og en maksimumshøyde på 83 cm.

Claims (7)

1. Innretning for fortøyning av en flytende strekkstagplattform (28) til en undervannsforankring med flere lineære fortøyningsstrekkstag, KARAKTERISERT VED at flere lastopptakende fortøyningsansatser (48) er festet til plattformens ytre sider, hver omfattende minst en utad åpen lastring (96) for mottak ved horisontal bevegelse av et strekkstag gjennom sideåpningen (92) og med påfølgende vertikal belastning av strekkstaget mot lastringen (96).

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at for-tøyningsansatsene (48) er festet til plattformens (28) hjør-nesøyler (30) som utgjør plattformens utside.

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at det foreligger flere fortøyningsansatser (48) enn hjørnesøyler (30).

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at det foreligger minst to ganger så mange forankringsansatser (48) som hjørnesøyler (30).

5. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at lastringen (96) i hver forankringsansats omfatter en lagerflate (98) som rager innad og oppad.

6. Innretning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at lagerflatens (98) form stemmer overens med en motsvarende flate på strekkstagets (46) kopling (60, 62).

7. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at en styring (94) er anordnet på begge sider av sideåpningen (92).