NO174678B - Fremgangsmaate og anordning for installasjon av strukturer paa havbunnen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte og anordninger for installasjon av strukturer på havbunnen, nærmere bestemmt nøyaktig posisjonering og plassering særlig av store og tunge bygningsstrukturer på havbunnen.

Problemstillingen er særlig aktuell i forbindelse med oljeaktivitet i havområder, hvor det er tale om å plassere f.eks. en bunnstruktur (caisson) som fundament for boring etter og/eller utvinning av hydrokarboner, hvor caissonen som er stor og tung, skal plasseres over eller nær en allerede montert struktur på havbunnen, f.eks. en forboret brønnplate. Caissonen som skal monteres kan lett skade den allerede mon-terte strukturen, og må derfor posisjoneres med den aller største forsiktighet. Videre er det som regel et krav at caissonen skal posisjoneres i forhold til den allerede monter-te struktur med stor nøyaktighet og innen snevre toleranser.

En kjent fremgangsmåte i slik sammenheng går ut på at caissonen, etter at den er tauet ut til monteringsstedet, forsiktig ballasteres slik at den synker ned mot installa-sjonsstedet på havbunnen med kontrollert hastighet. Caissonens posisjon holdes hele tiden under kontroll ved hjelp av taubåter og et ankerlinesystem, og hele operasjonen overvåkes med støtte av måleutstyr som kontinuerlig gir opplysninger om caissonens posisjon og orientering i asimut.

Den nevnte fremgangsmåte er imidlertid ikke tilstrekkelig sikker og nøyaktig under den siste og mest kritiske del av posisjoneringen, idet egensvingninger og ukontrollerte beve-gelser/utsving på grunn av miljøvariasjoner og/eller vinsjbruk kan komme inn som forstyrrende elementer.

Store strukturer har stor bevegelsesenergi. Et posi-sjoner ingssystem som ville være tjenlig i denne forbindelse, ville derfor anta store dimensjoner om ikke energien i svinge-systemet kan trekkes ut på annen måte. I de tilfeller hvor caissonen skal plasseres i umiddelbar nærhet eller endog over en slik foreliggende installasjon på havbunnen, er konsekven-sene ved skade på slikt utstyr store. Det er derfor viktig å redussere risikoen for skader ved en slik installasjon.

På grunn av caissonens store vekt og masse vil det oppstå store vanskeligheter under den siste og avgjørende del av posisjoneringsarbeidet, hvis det er et krav at caissonen skal plasseres på havbunnen med stor nøyaktighet (+ noen få 1/10 m) .

Et dynamisk posisjoneringsutstyr for å klare en slik oppgave ville bli meget omfattende og kostbart, og anta ufor-holdsmessige store dimensjoner.

Det er videre kjent i forbindelse med plassering av strukturer som skal nedsenkes på sjøbunnen, å ta i bruk på forhånd bunnforankrete styreorganer i forbindelse med posisjoneringsarbeidet. Som illustrerende for teknikkens stilling kan vises til US patentene 4285614 og 4310052, GB patentene 2007291 og 2043140, samt norsk patent 147219. Fra sistnevnte publikasjon er foreslått å utforme kontaktorganene henholdsvis på styreorganene på sjøbunnen og kontaktflatene på strukturen med skråflater eller kileflater, sett i grunnriss, for derved å oppnå en retningsdirigering og oppbremsing av styrestrukturen, idet den i svevende stilling over sjøbunnen kommer inn til kontakt med styreorganene på sjøbunnen. Det vil imidlertid likevel foreligge store problemer med å oppnå en tilfreds-stillende oppbremsing av strukturens bevegelseshastighet til null pga. den store bevegelsesenergi som en caisson med stor vekt og masse fremdeles vil representere.

Formålet for foreliggende oppfinnelse er derfor å til-veiebringe fremgangsmåte og anordninger hvorved en kan oppnå en effektiv konsumpsjon eller fortæring av strukturens bevegelsesenergi med en rask nedbremsing av strukturens hastighet til null, ved en gradvis men samtidig rask oppbremsing av strukturen. Denne oppgave løses effektivt gjennom oppfinnelsen, som således går ut på en fremgangsmåte for installasjon av tunge konstruksjoner som skal senkes ned fra flytende stilling til en forutbestemt posisjon på havbunnen, av den art hvor konstruksjonens bunnside er utformet for å samvirke med på sjøbunnen forankrete styreorganer e.l., idet konstruksjonen senkes ned til svevende stilling i relativt kort avstand over sjøbunnen, og deretter beveges sideveis til anlegg mot styre organene for å utvirke en avbrytelse av konstruksjonens sideveis bevegelse før nedsenkning til forutbestemt posisjon på sjøbunnen, og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at det tilveiebringes en gradvis nedbremsning til null hastighet av konstruksjonens sideveis bevegelse under en fortløpende kontakt mellom konstruksjonen og styreorganene, idet energien påkrevet for nedbremsningen tilveiebringes ved en påtvunget gradvis oppløfting av konstruksjonen via kontaktflaten mellom konstruksjonen og styreorganene.

Et system av jekker plassert på styrestrukturen eller på caissonen kan om nødvendig benyttes til en siste finjustering av caissonens posisjon.

En foretrukket anordning til bruk ved fremgangsmåten karakteriseres ved at henholdsvis konstruksjonens underside og styreorganene på sjøbunnen er utformet med komplementært avskrådde kontaktflater i forhold til horisontalplanet, hvorved konstruksjonen i kontakt med styreorganene på sjøbunnen glir langs kontaktflatene under en samtidig hevbevegelse av konstruksj onen.

Ved en ytterligere foretrukket anordning til utførelse av fremgangsmåten er skråflåtene, henholdsvis på konstruksjonen og styreorganene, i bevegelsesretningen avsluttet med minst en, fortrinnsvis to, i alt vesentlig vertikalt rettete flater, hvorved den siderettede bremsebevegelsen blir avsluttet med en samtidig senkebevegelse av konstruksjonen, samtidig som konstruksjonen blir sammenlåst på styreorganene.

Ved bruk av oppfinnelsen installeres angjeldende styreorganer på sjøbunnen før styrestrukturen nedsenkes for plassering på sjøbunnen. Styreorganene plasseres hensiktsmessig i en forutbestemt avstand fra den installasjon, f.eks. et brønn-hode e.l., ved hvilken strukturen eller caissonen skal plasseres.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til vedlagte tegninger, som viser noen alternative utførelsesformer for oppfinnelsen, og hvor: Figurene 1-4 er skjematiske delriss, delvis i snitt, som viser fire stadier under posisjoneringen, Fig. 5 viser et grunnriss, delvis gjennomskåret, og i noe mindre målestokk, som viser caissonen anordnet på plass over et brønnhode, Figurene 6 og 7 viser henholdsvis grunnriss og sideriss (delriss), av en alternativ utforming av anordningen ifølge oppfinnelsen, vist under en første fase av sammenkopling mellom henholdsvis styrestrukturen og bunnstrukturen, Figurene 8 og 9 viser riss tilsvarende fig. 6 og 7, men under en annen senere fase av sammenkoplingsoperasjonen, og Fig. 10 er et sideriss som viser styrestrukturen og caissonen som vist på fig. 6-9 i endelig sammenkoplet stilling installert på sjøbunnen. Fig. 1 viser en caisson 1 som ved passende ballasteringer er brakt i posisjon i sikker høyde over et brønnhode 2. Caissonen skal plasseres med stor nøyaktighet over brønnhodet, og på en slik måte at brønnhodet ikke skades under operasjonen.

Caissonen styres i horisontalplanet ved hjelp av et antall kjettinger/wirer 3 trukket av taubåter. For klarhets skyld er bare en kjetting/wire vist på tegningene.

En styrestruktur 4 med en innskjæring eller brønn 13 er på forhånd plassert på havbunnen 5 i korrekt posisjon i forhold til caissonen som skal plasseres over brønnhodet 2. Styrestrukturens posisjon er sikret ved forankring i havbunnen på kjent måte, f.eks. ved peling (ikke vist).

Caissonen ballasteres til sikker høyde over brønnhodet og trekkes i denne høyde over havbunnen mot styrestrukturen (mot venstre på tegningen).

Caissonen er utstyrt med en støtabsorberende del 6, og har videre en utsparing 7 som er beregnet til å gi plass til brønnhodet 2.

På fig. 2 trekkes caissonen mot venstre en tanke forbi korrekt posisjon i forhold til brønnhodet til skråflaten 9 på caissonens støtabsorberende del 6 støter mot styrestrukturens skråflate 8. Caissonen bremses opp på grunn av friksjonen mellom de to flater. Når caissonen er stoppet opp, tilføres den ytterligere ballast, samtidig som kraft tilført

kjettingene/wirene reduseres.

På fig. 3 vises hvordan caissonen har glidd tilbake (mot høyre på tegningen) med styrestrukturens skråkant 8 mot caissonens støtabsorberende dels skråflate 9. Caissonens utsparing 7 er nå rett over brønnhodet 2.

Caissonen ballasteres ytterligere, samtidig som et visst strekk opprettholdes på kjettingene/wirene, og på fig. 4 er caissonen vist på korrekt plass over brønnhodet.

Samvirkende skråflater 8 og 9 på henholdsvis caissonens støtabsorberende del og styrestrukturen er utstyrt med styreflater 10,11 som går i inngrep og sikrer sideveis orientering av caissonen.

Ytterligere sideveis styring kan sikres hvis de samvirkende styreflater gis form av et sfærisk kjegleskall.

På fig. 5 er caissonen sett ovenfra med sin støtabsorber-ende del 6 mot styrestrukturen 4, og med caissonens utsparing 7 korrekt plassert i forhold til brønnhodet 2.

Figurene 6,7 og 8, 9 viser henholdsvis grunnriss og sideriss av en annen utførelsesform for oppfinnelsen i to faser under sammenkoplings- og installasjonsprosedyren.

Caissonen 20 (bare et for sammenkopling aktivert bunn-parti av denne er vist) er utført med et utstikkende neseparti18, mens den samvirkende delen av styrestrukturen 22 - som på forhånd er forankret til sjøbunnen 24 - er utført med et tilsvarende utformet brønnparti 26. Nesepartiet 18 og brønn-partiet 2 6 er videre henholdsvis utført med motstående avskrådde sidevegger 27,27;29,29 som det fremgår av fig. 6. Videre er bunnflaten 31 av brønnpartiet 26 utført med et opp-stikkende hakeparti 28 med en utoverløpende skråflate 30 bestemt til å samvirke med et tilsvarende utformet nedstikkende hakeparti 32 på nesepartiet 18 på caissonen, med en tilsvarende skråflate 33. Respektive hakepartier 28 og 32 avsluttes som vist med vertikalt rettede flater40, henholdsvis 41, som vil tjene som låseorganer i inngrepsstillingen.

Under sammenkoplingen senkes innledningsvis caissonen ned til en passende høydemessig posisjon over sjøbunnen som vist på fig. 7. Deretter trekkes caissonen 20 mot venstre, f.eks. ved hjelp av trekk-kabler 36, hvorved nesepartiet 18 ved hjelp av de bremsende styreflåtene 30,32 styres inn i inngrep med brønnpartiet 26 på styrestrukturen 22 som vist på fig.7.

De styrende skråflåtene 30,32 sørger herunder for en myk oppbremsing inntil caissonens 20 neseparti 18 kommer i full inngrepsstilling med brønnpartiet 2 6 slik som illustrert på fig. 8 og 9. I denne posisjon ballasteres caissonen slik at den synker ned på plass på sjøbunnen som vist på fig. 9.

Det fremgår at det nedstikkende hakepartiet 33 på caissonen20har noe mindre horisontale dimensjoner enn brønnpartiet 26 på styrestrukturen, slik at man har muligheter til å foreta horisontale stillingsjusteringer av caissonen i forhold til et ikke vist brønnhode eller lignende. Slik justering kan foretas ved hjelp av hydrauliske jekker eller lignende.

Det vil forstås at ulike modifikasjoner kan foretas innen rammen av oppfinnelsen, nemlig å benytte en forankret styrestruktur for nøyaktig plassering av et fundament eller lignende over et brønnhode eller lignende. Istedenfor å utforme et utstikkende neseparti på caissonen kan denne alternativt utformes med en utsparing i bunnkanten.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for installasjon av tunge konstruksjoner (1,20) som skal senkes ned fra flytende stilling til en forutbestemt posisjon på havbunnen, av den art hvor konstruksjonens bunnside er utformet for å samvirke med på sjøbunnen forankrete styreorganer e.l. (22,4,8), idet konstruksjonen senkes ned til svevende stilling i relativt kort avstand over sjøbun-nen, og deretter beveges sideveis til anlegg mot styreorganene for å utvirke en avbrytelse av konstruksjonens sideveis bevegelse før nedsenkning til forutbestemt posisjon på sjøbunnen,karakterisert vedat det tilveiebringes en gradvis nedbremsning til null hastighet av konstruksjonens sideveis bevegelse under en fortløpende kontakt mellom konstruksjonen og styreorganene, idet energien påkrevet for nedbremsningen tilveiebringes ved en påtvunget gradvis oppløfting av konstruksjonen via kontaktflaten mellom konstruksjonen og styreorganene (22 ,4,8; 18,6).

2. Anordning til bruk ved fremgangsmåten som angitt i krav 1,karakterisert vedat henholdsvis konstruksjonens underside og styreorganene på sjøbunnen er utformet med komplementært avskrådde kontaktflater (8,9,33,30) i forhold til horisontalplanet, hvorved konstruksjonen i kontakt med styreorganene på sjøbunnen glir langs kontaktflatene (8,9) under en samtidig hevbevegelse av konstruksjonen.

3. Anordning som angitt i krav 2,karakterisert vedat kontaktflaten (9,33) på konstruksjonens underside og den eller de samvirkende styre flater (30) på styreorganene (8) er utformet som i alt vesentlig parallelle skråflater.

4. Anordning som angitt i krav 2 eller 3,karakterisert vedat skråflåtene (33,30) henholdsvis på konstruksjonen og på styreorganene på sjøbunnen i bevegelsesretningen er avsluttet med en i alt vesentlig vertikalt rettet flate (40,41), hvorved bremsebevegelsen under en innbyrdes kontakt mellom respektive skråflater blir avsluttet med en nedadrettet bevegelse av konstruksjonen, med den virkning at konstruksjonen i alt vesentlig blir fastlåst i horisontalretningen til styreorganene på sjøbunnen.

5. Anordning som angitt i krav 3 eller4,karakterisert vedat skråflåtene (28,30) på styreorganene på sjøbunnen i sideretningen på hver side er avsluttet med en oppoverrettet, i forhold til skråflatens innløpsside utoverskrånende sidevegg (27,27) og ved at konstruksjonen på undersiden er utformet med tilsvarende utforme-te sidekanter (29,29) på hver side av skråflaten (33).

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5,karakterisert vedat konstruksjonen er utformet med et til siden utstikkende neseparti (6,9) som på undersiden er utformet med den skråttgående kontaktflaten (33).

7. Anordning som angitt i kravene 2-6,karakterisert vedat skråflåtene (8,9) henholdsvis på konstruksjonen og på styreorganene på sjøbunnen har form av sfæriske kjegleskall.